KR20050021909A - 시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법 - Google Patents

시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본원에는 양호한 공급성과 낮은 수소 함유량 특성을 모두 갖는 시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 인발성이 우수한 제조 방법이 개시되어 있다. 시임을 갖는 플럭스 충전 와이어의 제조 방법은, 플럭스를 내부에 충전한 관형으로 성형된 와이어를 윤활제를 이용하여 인발하는 단계, 인발된 와이어로부터 윤활제를 물리적 수단에 의해 제거하는 단계, 와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면에 도포(오일 도포)하는 단계를 포함한다. 상기 각 단계는 인라인에서 실행된다. 와이어 인발 단계에 있어서, 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 이용하며, 관형으로 성형된 와이어로부터 대략 제품 직경의 와이어까지의 와이어 인발 전체를 롤러 다이스에 의해 실행하는 것이다.

Description

시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SEAMED FLUX-CORED WELDING WIRE}
본 발명은 양호한 공급성(feedability)과 낮은 수소 함유량 특성 모두를 갖는 시임을 갖는 플러스 충전(플럭스 코어드) 용접용 와이어(seamed flux-cored welding wire)의 와이어 인발성이 우수한 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 연강이나 고장력강, 내열강 등의, 용접에 사용되는 전자동 또는 반자동 용접용의 아크 용접용 와이어로서 적합한 시임을 갖는 플러스 충전 용접용 와이어의 제조 방법에 관한 것이다.
전자동 또는 반자동 용접용의 아크 용접용 와이어는 솔리드(중실) 와이어(solid wire)와, 관형의 외피 강대(sheath steel strip)[이하, 후프(hoop) 또는 강철 후프로도 불림]내에 플럭스를 충전하여 형성된 플럭스 충전 와이어[이하, 간단히 와이어 또는 FCW로도 불림]를 포함한다. 이 중, FCW는, 본 발명의 대상이 되는, 후프가 접합부(이하 시임으로도 불림)를 갖는 타입과, 이러한 접합부가 없는 시임리스(seamless) 타입을 포함한다. 후자의 시임리스 타입의 것은 제조 비용이 고가이므로, 시임을 갖는 FCW가 보다 널리 사용되고 있다. 그러나, 여기에서 말하는 "시임을 갖는 상태"란 후술되는 도 1b에 도시되는 바와 같이 접합부가 용접 등에 의해 접합되지 않고서, 갭(개구부)을 갖는 상태를 말한다.
이 시임을 갖는 FCW는 일반적으로 CO2 가스 실드 아크 용접, MIG 용접 등의 용접 시공 방법에 사용되고 있다. 0.8㎜ 내지 1.6㎜의 작은 직경을 갖는 인발된 와이어가 일반적으로 사용된다. 시임을 갖는 FCW에는, 중요한 제품 성능으로서, 용접시의 와이어의 공급성이 우수한 것과, 와이어의 수소 함량이 낮은 것과, 용접시의 내기공성(porosity-resistance)이 우수한 것이 요구된다.
우선, 와이어의 공급성에 대하여 도 6의 와이어 공급 장치를 참조하여 설명한다. FCW는 와이어 스풀(spool)(30)에 권취되거나 또는 페일 팩(pail pack)에 장전되는 형태로 용접에 사용하게 된다. 용접 시공시에 FCW를 사용하는 것에 대하여, 하기의 푸싱 방식(pushing method)이 일반적으로 채용된다. 공급기(31)의 공급 롤러(32, 33)에 의해, 스풀(30) 또는 페일 팩으로부터 FCW가 빼내진다. 또한, FCW는 이후에 배치된 도관 케이블(conduit cable)(34)에 내포된 라이너(liner)내로 압입된다. 다음에, FCW는 라이너를 통해서 도관 케이블(34)의 선단에 부착된 용접 토치(37)내의 접촉 팁(40)까지 공급된다. FCW는 접촉 팁(40)과 피용접 강재(38) 사이에서 전압이 인가되어서 아크 용접을 수행한다. 와이어 공급 장치는 푸싱 시스템의 것뿐만 아니라, 용접 토치 내부에 공급 롤러를 갖고, 도관 케이블의 내부를 통과시켜서 와이어를 끌어내는 풀링 시스템(pulling system), 및 푸싱 및 풀링 병용 시스템의 여러 가지의 것을 포함한다.
본원에 사용되는 도관 라이너는 강선을 스파이럴형 형상으로 형성한 가요성 가이드 관이다. 일반적으로, 그 길이는 약 3m 내지 6m이고 긴 것은 10m 내지 20m이며, 이들은 용접 위치까지의 거리에 따라 선택 사용된다. 이러한 일련의 FCW의 공급 작업시에, 굴곡부(35, 36) 등의 굴곡 각도나 공급 거리 등의 공급 조건에 상관없이, 고속으로 또는 소정 속도로 안정적으로 FCW가 공급될 필요가 있다. 와이어 공급 시스템은 전술한 바와 같이 여러 가지 시스템을 포함한다. 그러나, 어떠한 경우에도, 와이어의 공급성은 FCW의 중요한 제품의 품질 특성중 하나이다.
다음에, 와이어의 수소 함유량이 높은 경우, 용접부에는 수소로 인한 다량의 기공이 발생되어 용접 결함을 발생시킨다. 따라서, FCW에 있어서의 다른 중요한 제품의 품질 특성으로서, FCW의 수소 함유량이 낮을 것이 요구된다. 솔리드 와이어에 비하여 용접 비드 형상 및 용접 효율이 우수한 FCW에 있어서, 낮은 수소 함유 특성은 용접 결함을 방지하는데 있어서 특히 중요한 품질 특성이 된다.
일반적으로, 이러한 시임을 갖는 FCW는 하기의 방식으로 제조된다. U자형의 띠강(band steel)을 성형하는 단계, U자형으로 성형된 띠강에 플럭스를 충전하는 단계, 및 U자형 띠강을 관형 와이어로 성형하는 단계 등의 소위 성형 단계에 의해, 플럭스가 내부에 충전된 관형의 성형 와이어가 제조된다. 다음에, 관형의 성형 와이어는 제품 FCW 직경까지 인발된다.
이들 단계중, 시임을 갖는 FCW 제조시의 와이어 인발에 있어서, 특히 와이어 인발의 초기 단계에 큰 가공율(processing ratio)(감면율)을 제공하는 실질적인 와이어 인발 단계 부분은 주로 구멍 다이스에 의해 실행되어 왔다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 2001-179326 호, 일본 특허 공개 공보 제 1998-180485 호, 일본 특허 공개 공보 제 1998-6083 호 및 일본 특허 공개 공보 제 1990-52197 호 참조). 또한, 실질적인 와이어 인발 단계 부분의 와이어 인발 윤활은 동물성 또는 식물성 오일, 광물성 오일, 또는 합성 오일 등의 습식 윤활제에 의해 주로 수행되어 왔다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 2001-179326 호, 일본 특허 공개 공보 제 1994-15485 호 및 일본 특허 공개 공보 제 2001-179481 호 참조). 또한, 후프로서 스테인리스강을 사용한 스테인리스강 용접용 FCW의 제조 방법에서는, 구멍 다이스 대신에 롤러 다이스가 사용되어, 중간 어닐링을 실행하면서 와이어 인발을 실행하는 것이 공지되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 공보 제 1999-285892 호 참조).
그러나, 이러한 구멍 다이스를 이용한 와이어 인발 방법에 있어서는, 인발된 와이어의 형상 정밀도가 높다. 그러나, 다이스 표면에 있어서의 윤활층상에 부하되는 전단력이 크다. 그 결과, 윤활제 피막의 파손의 문제가 발생하기 쉽다. 반면, 인발 와이어의 윤활이 수소 증가의 문제가 없는 비수소계의 무기 건식(고체) 윤활제에 의해 실행되는 경우에는, 이 윤활제의 다이스 구멍에서의 고화 및 막힘의 문제가 발생하기 쉽다.
이 때문에, 구멍 다이스에 의한 와이어 인발 속도에 일정한 한계가 있어, 고속 와이어 인발을 실행할 수 없고, 그 결과 와이어 인발 효율이 비교적 낮다. 이것은 단지 생산성만의 문제 뿐만 아니라, 와이어의 수소 함유량을 감소시킬 수 없는 문제도 야기한다. 즉, 와이어 인발 단계의 분위기내의 수분 함유량을 미량으로 제어하는 것이 어려운 경우, 와이어 인발 효율이 낮고 와이어 인발 시간이 길어지므로 다음과 같은 문제를 야기할 수도 있다. 즉, 와이어 인발중에 와이어(플럭스)에 의해 흡착된 수분의 양이 용접 결함을 생기게 할 정도로 증가할 가능성이 높다. 이러한 문제는, 통상의 연강 뿐만 아니라, 큰 가공력을 필요로 하고, 다이스에 대해 큰 부하가 걸리므로, 다이스의 진동 및 와이어의 타흔(chatter mark) 발생이 쉽고, 인발이 곤란한 합금강, 스테인리스강 등의 후프에 있어서 현저하게 된다.
이에 대하여, 인발 초기의 가공율(감면율)이 큰 단계 부분을 포함하는 공정 전체에 걸쳐 또는 공정의 시종 일관 롤러 다이스에 의해 인발을 수행할 수 있다면, 구멍 다이스에 의해 야기되는 것과 같은 문제가 발생하지 않는다. 따라서, 비수소계의 무기 건식 윤활제를 사용함으로써, 인발 속도를 증가시키고 수분 흡착량을 저감할 수 있다. 또한, 이것은 FCW의 생산성을 높일 수도 있다.
롤러 다이스는, 후술되는 바와 같이, 대향하는 한쌍의 롤러 다이스 구성요소에 의해 형성된 다이스 구멍에 와이어를 유지하고 와이어 인발을 수행하기 위한 와이어 인발 장치이다. 이러한 구성 때문에, 구멍 다이스를 이용한 와이어 인발에 비하여 다이스 표면에서의 윤활층에 부하되는 전단력은 비교적 작다. 따라서, 윤활막 파손의 문제가 발생하기 어렵다. 또한, 수소 함유량의 증가 문제를 유발하지 않는 비수소계의 무기 건식 윤활제에 의해 와이어 인발에 대한 윤활을 실행하는 경우에도, 구멍 다이스와 같은 윤활제의 고화 및 막힘의 문제가 발생하지 않는다.
그러나, 종래에 롤러 다이스에 의한 와이어 인발이 FCW에 필요한 진원(眞圓) 형상이 아닌 타원형 형상의 와이어를 제공하여 형상 정밀도에 문제가 있다고 인식되어 왔다. 그 결과, 롤러 다이스는 와이어 인발 공정에 있어서 부분적으로만 사용될 수 있다. 즉, 종래에 공지된 바와 같이, 인발 초기의 가공율이 큰 단계 부분이나, 와이어 인발의 최종 단계에 있어서, 다수의 구멍 다이스를 사용하는 것 이외에 다른 방법이 없었다. 또한, 스테인리스강 후프의 FCW를 포함하는, 시임을 갖는 FCW에 있어서, 실질적인 와이어 인발 단계 부분의 와이어 인발 윤활은 동물성 또는 식물성 오일, 광물성 오일, 합성 오일 등의 습식 윤활제에 의해 부로 실행된다. 그러나, 습식 윤활제를 사용하는 한, 윤활제 사용량의 저감, 조성 조정 및 다른 연구를 하려는 경우에도, 또는 시임 간격(갭)이 아무리 좁은 경우에도, 시임을 갖는 FCW에서는 이 시임을 통해 습식 윤활제가 FCW내에 필연적으로 침입하여, 와이어의 수소 함유량이 높아지게 된다. 이것을 방지하기 위해서, 와이어 인발 공정에 있어서의 인라인(온라인)에서의 간이 세정에 의해 습식 윤화제를 충분히 제거할 수 없기 때문에, 오프라인(off-line) 공정에서의 와이어의 적절한 세정이 불가피하게 된다.
반면, 스테인리스강 후프의 FCW를 롤러 다이스에 의해 인발하는 방법에 있어서도, 스테인리스강 후프는 연강 후프보다도 비교적 단단하다. 이 때문에, 윤활이 만족스럽게 실행되지 않으면, 심지어 롤러 다이스에서도, 가공 공정에서 발생되는 열이 많다. 따라서, 윤활제의 피막이 파손되어 와이어의 표면 거침 또는 와이어 인발중 단선이 발생할 가능성이 높아진다. 또한, 스테인리스강 후프의 가공 경화로 인해, 와이어 인발 중간 단계에서 어닐링이 필수가 된다. 이 때문에, 전체 와이어 인발 단계에서 와이어 인발 속도 및 와이어 인발 효율을 증가시키는데 여전히 한계가 있다.
따라서, 현 상황하에서, 와이어 인발 초기의 가공율(감면율)이 큰 단계 부분을 포함하는, 롤러 다이스에 의한 균일한 고속의 와이어 인발 공정은 FCW 제조에 있어서 지금까지 실용화되지 않고 있다. 더욱이, U자형 띠강을 성형하는 단계와, U자형으로 성형된 띠강내에 플럭스를 충전하는 단계와, U자형 띠강을 관형 와이어로 성형하는 단계를 포함하는, 균일한 고속 및 높은 와이어 직경 정밀도의 롤러 다이스에 의한 와이어 인발 공정은 아직 실용화되지 않고 있다.
상기 사정을 감안하여, 본 발명이 이루어졌다. 따라서, 본 발명의 목적은 양호한 공급성과 낮은 수소 함유량 특성 모두를 갖는 시임을 갖는 플러스 충전 용접용 와이어의 와이어 인발성이 우수한 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 시임을 갖는 플럭스 충전 와이어의 제조 방법의 요지는, 띠강을 관형으로 성형하여 준비된 외피와, 이 외피 내부에 충전된 플럭스를 포함하는 시임을 갖는 플럭스 충전 와이어의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은 띠강을 단면이 U자형으로 성형하는 단계로서, U자형으로 성형된 띠강을 플럭스로 충전하는, 상기 띠강 성형 단계와, 플럭스로 충전되고 U자형으로 성형된 띠강을 관형으로 성형하는 단계와, 관형으로 성형된 와이어를 윤활제를 사용하여 인발하는 단계와, 인발된 와이어로부터 상기 윤활제를 물리적 수단에 의해 제거하는 단계와, 와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면상에 도포하는 단계를 포함하며, 상기 각 단계를 인라인에서 실행하며, 상기 와이어 인발 단계에 있어서, 유황계의 고압 윤활제(high-pressure lubricant)를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 사용하고, 관형으로 성형된 와이어로부터 제품 직경의 와이어까지의 와이어 인발 전체를 롤러 다이스에 의해 실행하는 것이다.
상기 본 발명의 요지에 있어서, 관형으로 성형된 와이어로부터 제품 직경의 와이어까지의 와이어 인발 공정은, 제품 직경의 와이어까지의 와이어 인발, 또는 제품 직경 직전의 (제품 직경에 근접한) 와이어 직경까지의 인발을 포함한다. 또한, 제품 직경 직전의 와이어 직경이란 제품 와이어를 1로 한 경우 면적비가 1.1 이내인 와이어의 직경을 의미한다.
본 발명에 있어서, 띠강을 U자형으로 성형하는 단계, U자형으로 성형된 띠강내에 플럭스를 충전하는 단계, 및 U자형의 띠강으로부터 관형 와이어로 성형하는 단계의 각 단계와, 관형으로 성형된 와이어를 인발하는 단계로부터 와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면상에 도포하는 단계까지의 각 단계를 모두 동일한 인라인에서 실행할 수도 있다. 대안적으로, 이들 각 단계를 별도로 실행할 수도 있다. 예를 들면, 다음의 방법도 수용 가능하다. 즉, 띠강을 U자형으로 성형하는 단계로부터 이 U자형의 띠강을 관형 와이어로 성형하는 단계까지의 각 단계, 또는 관형으로 성형된 와이어를 인발하는 전반 단계까지의 단계를 동일한 인라인에서 수행한다. 반면, 관형으로 성형된 와이어를 인발하는 단계 또는 와이어 인발의 후반 단계로부터 와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면상에 도포하는 단계까지의 단계를 별도의 인라인에서 실행한다. 또한, 본 발명에 있어서, "각 단계를 인라인에서 순차적으로 실행한다"는 것은, 와이어를 반송하면서 반송중인 와이어에 대하여 각 단계를 연속적으로 또한 순차적으로 실행하는 것을 말한다.
본 발명에 있어서, 띠강(후프)으로부터 시임을 갖는 플럭스 충전 와이어를 제조하는 동안에, 상기 와이어 인발 단계, 또는 바람직하게 띠강을 성형하는 단계로부터 와이어 인발 단계까지의 윤활이 필요한 각 단계에서, 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 사용한다. 본 발명에 있어서, 유황제 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제는 비수소계인 것이 바람직하다. 그러나, 유황계의 고압 윤활제를 포함하는 와이어 인발 윤활제가 수분 또는 오일을 함유하는 소위 수소계 윤활제인 경우에도, 후술되는 와이어 가열 수단 등에 의해 수분 또는 오일을 와이어 제조 공정중에 분해하는 것이 가능하다.
더욱이, 본 발명에 있어서, 윤활제를 인발된 와이어로부터 물리적 수단에 의해 제거하는 단계와, 와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면상에 도포하는 단계의 각 단계도 인라인에서 실행한다. 이에 의해 전체 FCW 제조 공정의 속도가 증가된다. 그리고, 동시에 제품 FCW에 대한 수소원이 되는 성형 및 와이어 인발 윤활제의 도입을 억제하고, 제품 FCW의 와이어 공급성을 확보한다. 또한, 본 발명에 있어서, "상기 각 단계를 인라인에서 실행한다"는 것은 와이어를 반송하면서 반송중인 와이어에 대하여 각 단계를 연속적으로 또한 순차적으로 실행하는 것을 말한다.
전술된 제조 방법에 따르면, 상기 와이어 인발 단계, 또는 바람직하게 띠강을 성형하는 단계로부터 와이어 인발 단계까지의 각 단계의 속도나, FCW의 와이어 인발 속도를 증가시키고, FCW에 의한 수분 또는 수소의 흡착량을 저감할 수 있다. 또한, FCW의 생산성도 높일 수 있다. 그 결과, 와이어 인발 공정의 분위기중의 수분 함유량을 미량으로 제어하기 곤란하고, 분위기중의 수분 함유량(습도)이 높은 경우에도, 인발중에 와이어 전체의 (플럭스중에 함유되거나, 또한 와이어 표면상에 흡착되는) 수분 함유량이 용접 결함을 야기할 정도롤 증가하는 것을 방지할 수 있다. 이것은, 본 발명의 제조 방법에 의해, 인발후의 와이어 전체의 (플럭스중에 함유되거나, 또한 와이어 외피 표면에 존재하는) 총 수소량을 후술되는 수분 함유량 환산 방법에서 500ppm 이하로 할 수 있기 때문이다. 그 결과, FCW를 사용한 용접시에 용접 금속의 기공 발생에 의한 용접 결함을 방지할 수 있다.
반면, 와이어 인발 공정을 초경합금 공구(cemented carbide tool)제의 롤러 다이스에 의해 실행함으로써, 띠강 소재의 선택 또는 가공 경화에 의해 강 후프의 경도가 높아진 경우에도, 인발후의 FCW 표면의 마무리성이 확보되고, FCW의 와이어 공급성이 향상된다. 본 발명에 있어서, 제품 FCW의 용접 대상강에 따라, 띠강용 소재로서, 통상의 연강, 고장력강, Ni계 합금강, 스테인리스강 등이 적당히 선택된다. 이들 중, 고장력강, Ni계 합금강, 스테인리스강 등의 고강도강은 보다 큰 가공력이 필요하므로, 다이스상에 큰 부하가 인가된다. 따라서, 다이스가 진동하고, 또는 이로 인해 와이어가 진동하여 다이스와 접촉하게 되며, 그 결과 와이어상에 타흔이 특히 발생하기 쉽다. 또한, 본 발명은 다음과 같은 효과도 갖는다. 즉, 인발이 곤란한 이러한 후프에 대해서도, 와이어 인발이 용이하여 인발 속도를 증대시킬 수 있는 효과도 갖는다.
이하에, 첨부 도면을 참조하여 실시예로써 본 발명을 설명한다. 도 1a는 본 발명의 시임을 갖는 플럭스 충전 와이어의 제조 방법의 공정을 개략적으로 도시하는 부분적으로 평면도인 설명도이다. 도 1b는 도 1a의 각 성형 단계에 있어서의 후프의 단면 형상을 도시하는 설명도이다. 도 2는 본 발명에서 사용하는 초경합금 공구제의 롤러 다이스를 도시하는 정면도이다.
본 발명의 시임을 갖는 플럭스 충전 와이어의 제조 방법의 공정을 하기에서 설명한다.
(세정 및 탈지 단계)
도 1a에 있어서, 도시하지 않는 언코일러(uncoiler)에 의해 풀려진 코일형 띠강(100)은 우선 세정 및 탈지 단계(102)에 의해 미리 세정 및 탈지된다. 광폭의 소재 강판(steel sheet)을 폭방향을 따라 단폭의 띠강(100)으로 절단될 때에 표면에 부착된 가공 오일 및 오염물질이 세정 및 탈지 단계(102)에 의해 제거된다. 가공 오일은 띠강(100) 표면에 소량 부착된 경우에도 용접시 아크 불안정이나, 기공 등의 용접 결함의 원인이 되는 수소원이 될 수 있다. 따라서, 세정 및 탈지 단계(102)를 실행하는 것이 바람직하다.
(띠강)
이러한 경우에, 띠강의 두께(t)에 대한 띠강의 폭(W)의 비(t/W)는 0.06 내지 0.12의 범위내로 설정되는 것이 바람직하다. 띠강(후프)의 판 두께(t)와 폭(W)은 물론 제품 FCW의 와이어 직경에 의해 결정된다. 그러나, 발명자들의 지견에 의하면, 띠강의 두께(t)에 대한 띠강의 폭(W)의 비(t/W)는 FCW의 낮은 수소 함유량 특성에도 영향을 미친다. 즉, t/W가 0.06 미만으로 지나치게 작으면, 띠강 또는 와이어가 플럭스를 그내에 충전한 상태에서 성형이나 와이어 인발에 견딜 정도의 강도를 유지할 수 없게 된다. 이것은 단선이 발생하기 쉽게 한다. 이 때문에, 성형이나 와이어 인발 속도가 느려진다. 따라서, FCW의 생산 환경에 따라, 특히 와이어 인발 단계의 분위기중의 수분 함유량을 미량으로 제어하기 곤란한 경우에, 인발중에 와이어(플럭스)에 의해 흡착되는 수분의 양이 용접 결함을 유발할 정도로 증가할 가능성이 높다. 또한, 와이어 공급성도 저하한다.
한편, 반대로, 띠강의 두께(t)에 대한 띠강의 폭(W)의 비(t/W)가 0.12를 초과하여 너무 크면, 와이어 인발 단계에 있어서의 가공도가 지나치게 증가한다. 이 때문에 가공열(working heat)로 인한 플럭스의 산화나 분말화(powdering) 등의 화학적 또는 물리적인 변질이 진행한다. 그 결과, 수분 함유량이 증가하거나, 또는 단선이 다발하기 쉬워진다. 따라서, 낮은 수소 함유량 특성이 양호한 FCW를 제조하기 위해서, 와이어 인발중의 수분 흡착 문제를 고려하여, 띠강의 두께(t)에 대한 띠강의 폭(W)의 비(t/W)는 0.06 내지 0.12의 범위내로 설정되는 것이 바람직하다.
(윤활제)
도 1a에 있어서, 세정 및 탈지후의 띠강(100)에는 윤활제 도포 공정(103a)에서 띠강(100)의 FCW 표면(와이어 표면)이 되는 표면상에만 미량의 비수소계의 윤활제 또는 방청 오일이 도포된다. 계속해서, 띠강을 성형하는 단계, U자형 띠강으로부터 관형 와이어로 성형하는 단계, 및 와이어 인발 단계의 각 단계에 있어서, 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 사용한다. 이 와이어 인발 윤활제로서는, 비수소계의 윤활제로서의 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 윤활제, 유황계의 고압성 고체를 성분으로서 물을 용매로서 함유하는 습식 윤활제, 유황계의 고압성 고체를 주성분으로 소량의 오일 성분을 함유하는 오일식 윤활제 등을 적절히 선택하여 이용한다.
고압 윤활제는 고압하에서도 막의 형상을 형성하는 특성을 갖는 윤활제를 말한다. 용어 "유황계(sulfur-bearing)"는 "유황 원자를 함유하는 물질로 구성되어 있다"는 것을 의미한다.
유황계의 고압 윤활제를 포함하지 않고, 스테아린산 나트륨(sodium stearate)으로 대표되는 알칼리 금속(alkali metal)계 및 알칼리 토류 금속(alkaline earth metal)계의 비누나, 불화 카본, TEFRON(등록상표), 질화 붕소 등의 다른 고압 윤활제를 함유하는 건식 윤활제, 및 습식 윤활제는 본 발명의 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제에 비하여 윤활 성능이 떨어진다.
이 때문에, 와이어 인발이 보다 고속으로 실행되는 경우, 와이어 인발 윤활제를 특히 다량 사용할 필요가 생긴다. 그 결과, 인발후의 인라인에서 주행하는 와이어 표면으로부터 오일식 윤활제를 닦아내는 등의 물리적인 수단에 의해 윤활제를 실질적으로 제거하는 것은 매우 어렵게 된다. 또한, 윤활제가 와이어 표면에 잔류하기 쉬워, 용접시의 아크 불안정의 원인이 되고, 기공으로 인한 용접 결함을 유발하는 수소원이 된다.
이에 대하여, 본 발명의 유황계의 고압 윤활제를 포함하는 와이어 인발 윤활제는 윤활 성능이 우수하다. 따라서, 와이어 인발이 보다 고속으로 실행되는 경우에도, 와이어 인발 윤활제가 소량만 사용된다. 이 사용량이 와이어 인발후의 와이어 표면상의 유황량으로 환산한 윤활제 부착량으로 표현되면, 와이어 인발후의 와이어 표면의 윤활제 잔류량이 와이어 10kg당 약 0.1g 내지 0.6g이다. 이 정도의 윤활제 잔류량이면, 윤활제를 물리적인 수단에 의해 제거하는 후속 단계를 고속 와이어 인발과 연계하여 인라인에서 연속적으로 또한 고속으로 실행할 수 있다.
유황계의 고압 윤활제를 함유하는 건식 타입의 와이어 인발 윤활제는 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 황화 아연 등을 포함한다. 대안적으로, 유황계 고압성 고체를 주성분으로 하여, 그에 첨가되는 나프탈렌(naphthalene), 산화 티타늄, 운모(mica), 흑연, 탄산 칼슘, 불화 칼슘 등을 포함하는 캐리어제 등의 첨가제를 함유하는 건식 타입의 와이어 인발 윤활제일 수도 있다.
건식 타입 윤활제는 액체 물 또는 오일 성분을 함유하는 습식 윤활제가 아닌 것을 의미한다. 윤활제로서 어떤 재질이 사용되든지 와이어 전체의 수분 흡착량에 영향을 미친다. 따라서, 본 발명에서는 유황계 고압 윤활제 자체가 건식 타입인 것이 바람직하다.
대안적으로, 건식 타입의 와이어 인발 윤활제에, 폴리아이소부텐(polyisobutene)(합성 오일), 또는 유채 오일(식물성 오일) 등의 오일 용매를 소량 첨가하여 준비된 반 습식 타입의 와이어 인발 윤활제일 수도 있다.
와이어 인발 윤활제의, 특히 우수한 인발 성능, 와이어 인발 속도의 증가 및 인라인에서의 제거 성능을 달성하기 위한 바람직한 조성 범위는, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 황화 아연 등의 유황계 금속 화합물의 1종 또는 2종 이상이 20질량% 내지 80질량%이고, 캐리어제의 1종 또는 2종 이상이 40질량% 내지 50질량%이며, 오일 용매의 1종 또는 2종 이상이 5질량% 내지 40질량%이다. 또한, 미량의 금속 비누가 추가로 그에 첨가되면, 와이어 인발 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 와이어 인발 윤활제로서의 요구 특성을 만족하고 그리고 요구 특성을 저해하지 않는 범위내에서, 유황계의 고압 윤활제를, 물, 동물성 또는 식물성 오일, 광물성 오일, 합성 오일 등의 용매에, 필요에 따라 캐리어제 등과 함께, 분산 또는 용해되는 형태로 함유하는 것이 적절하게 사용될 수 있다. 유황계의 고압 윤활제의 예로는, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 황화 아연 등의 유황계 금속 화합물, 또는 황화 올레핀이나 황화 유지 등의 유황계 합성 오일 등이 있다. 용매의 예로서는, 물, 동물성 및 식물성 오일(야자 오일, 유채 오일, 코코넛 오일, 피마자 오일 등), 광물성 오일(기계유, 터빈유, 스핀들유 등), 합성 오일(탄화수소계, 에스테르계, 폴리글리콜계, 폴리페놀계, 실리콘계, 불소계 등) 등이 있다. 그러나, 가능한 한 비수소계 화합물로부터 선택하는 것이 바람직하다. 바람직한 조성 범위는 유황계의 고압 윤활제가 20질량% 내지 80질량%의 범위이고, 캐리어제가 40질량% 내지 50질량%의 범위이며, 용매가 5질량% 내지 40질량%의 범위이다.
(성형)
이와 같이 윤활제로 도포된 띠강(100)은 도 1b의 A에 도시된 평판형의 단면 형상으로부터 B에 도시된 U자형 단면의 띠강(100a)으로 성형 롤러열(그룹)(104a)에서 성형된다. 도 1a에 도시된 성형 롤러열(그룹)(104a)은 2개의 성형 롤러가 직렬로 배치된 예를 도시하고 있다. 성형 단계에 배치되는 성형 롤러의 개수는 띠강(100)의 폭, 두께, 또는 경도 등의 성형 조건에 따라 적절하게 선택된다.
(플럭스 충전)
U자형 단면으로 성형된 띠강(100a)은 다음으로 플럭스 공급 장치(105)로부터 플럭스(106)를 수용한다. 그에 따라, 도 1b의 C에 도시하는 바와 같이, 띠강(100a)의 U자형 공간내에 소정의 내부 충전율(filling ratio)[공극율(void ratio)]이 확보된 상태로 플럭스(106)가 충전(내포)된다. 사용가능한 플럭스 공급 장치(105)로는 벨트 피더(feeder), 스무스 오토 피더(smooth auto feeder), 테이블 피더, 신드론(syntron) 피더 등이 있다.
U자형으로 성형된 띠강(100a)으로의 플럭스(106)의 충전율(겉보기 공극율; ζ)은 하기의 수학식 1로 표현된다.
[수학식 1]
ζ(%) = [1-(κρ/σλ)]×100
여기서, ρ는 플럭스의 벌크(bulk) 밀도(g/㎤)이고, σ는 성형 단계의 E 시점에서 플럭스가 충전되어야 할 내부 공간 면적(㎠)이고, λ는 E 시점에서의 후프 주행 속도(cm/분)이며, κ는 플럭스 공급 장치(105)로부터의 플럭스 투입량(g/분)이다.
겉보기 공극율(ζ)은 이하의 관점으로부터 선택된다. 즉, 플럭스(106)의 충전율이 지나치게 높은 경우, 즉 겉보기 공극율(ζ)이 0 내지 3% 미만인 경우, 후속의 성형 단계 또는 와이어 인발 단계에서 단선이 생기기 쉽다. 반면, 비교적 느린 와이어 인발 속도로 와이어가 FCW로에 인발될 수 있다 하더라도, 용접 동안의 FCW 공급시에 시임 부분(114)으로부터 플럭스(106)의 버블링(bubbling)이 발생하기 쉬워서, 공급성을 저하시킨다. 반대로, 플럭스(106)의 충전율이 지나치게 낮아서, 겉보기 공극율(ζ)이 10%를 초과하는 경우, 와이어 인발 동안에 플럭스(106)가 이동하여, 와이어 길이방향을 따른 플럭스 충전율이 변동하며, 그 결과 용접 제품의 품질 특성이 저하한다. 따라서, 겉보기 공극율(ζ)이 3% 내지 10%의 범위내에 있으면, 와이어 길이방향을 따른 플럭스 충전율의 변동이 적다. 그 결과, 양호한 품질 특성의 시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어를 제조할 수 있다. 이러한 견지에서, 특히 겉보기 공극율(ζ)은 5% 내지 7%의 범위내에 있는 것이 보다 바람직하다.
반면, U자형으로 성형된 띠강(100a)에 공급되는 플럭스(106)의 수분은 공급(내포)전의 플럭스 공급 장치(105)상에서 공급중에 건조(110℃ 내지 250℃에서 가열)되어, 미리 플럭스중의 수분 함유량을 500ppm 이하의 범위내로 제어하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 오프라인[사전의 배치 처리(batch processing)]에서 플럭스가 미리 건조될 수도 있다. 그러나, 제조 단계의 수를 최소화하기 위해, 인라인에서 수분을 제거하는 수단으로서, 플럭스 공급 장치(105)상에서 건조를 실행하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 플럭스 공급 장치(105)의 플럭스 공급로(통로)에서 히터 등에 의해 가열한다. 더욱이, 가능하다면, FCW의 제조 라인(공장) 전체를 상대 습도 70% 이하, 보다 바람직하게는 60% 이하로 공기 조절 하는 것도 효과적이다.
이와 같이 플럭스(106)로 충전된 U자형의 성형 띠강(100a)은 다음으로 도 1b의 D에 도시되는 관형 와이어(100b)로 성형 롤러열(104b)에 의해 더 성형된다. 이 성형 롤러열(104b)의 조건은 성형 롤러열(104a)과 동일하다. 관형 와이어(100b)는 띠강의 폭방향의 양단부가 서로 근접하는 갭 부분=시임(114)을 와이어(100b)의 길이 방향에 걸쳐서 갖는다. 이 시임(114)은 후속의 와이어 인발 단계에 의해 와이어(100b)가 와이어(100c) 및 와이어(100d)가 되도록 직경이 감소되어도 갭 부분으로서 여전히 존재한다. 구체적으로, 와이어(100b)가 도 1b의 와이어(100c)(또는 E)로부터의 연장선에서 확대 도시된 맞대기 타입(butt type)의 단면(114a)으로, 띠강의 폭방향의 양단부가 접촉되어 있더라도, 시임(114)은 존재한다. 대안적으로, 다른 실시예로서, 도 1b의 와이어(100c)(또는 E)로부터의 연장선에서 확대 도시된 겹침 타입(lap type)의 단면(114b)으로, 띠강의 폭방향의 양단부가 서로 겹쳐지더라도, 시임(114)은 존재한다. 이것은 제품 FCW에서도 마찬가지이다.
(와이어 인발 윤활)
성형된 관형 와이어(100b)는 다음으로 윤활제 도포 단계(103b)에서 와이어(100b) 표면에 본 발명의 윤활제가 도포된 후에 와이어 인발된다. 이 윤활제는, 본 발명의 범위내에 있는 한, 도포 단계(103a)의 윤활제와 동일하거나 상이할 수도 있다. 여기에서, 윤활제 도포 단계는 와이어 인발전의 도포 단계(103b) 뿐만 아니라, 와이어 인발 조건에 따라 와이어 인발 단계 도중에 적절하게 배치될 수도 있다. 이 때에, 인발되는 와이어(100b) 표면의 윤활제의 부착량은, 윤활제 도포 단계(103a)에서 미리 도포되어, 와이어(100c) 표면에 잔류하는 윤활제의 양을 포함하고, 와이어 인발 종료후의 도 1b의 와이어(100e), 또는 도 1a의 와이어(107)에 있어서 인발후의 와이어 표면의 유황량으로 환산하여, 와이어 10kg당 0.1g 내지 0.6g 범위내의 잔류량으로 설정되는 것이 바람직하다.
윤활제의 잔류 부착량이 유황량 환산으로 0.1g 미만이면, 고속 와이어 인발 동안에 윤활이 부족하게 된다. 그 결과, 인발되는 와이어는 소손(burning)이나 단선이 생기기 쉬워진다. 한편, 윤활제의 잔류 부착량이 유황량 환산으로 0.6g을 초과하면, 이러한 윤활제의 과잉량은 성형 및 와이어 인발 윤활의 관점에서 불필요하며, 후속의 물리적 수단에 의한 윤활제의 제거를, 고속 와이어 인발과 연계하여 연속적으로 고속으로 실행하는 것이 어렵게 된다. 따라서, FCW 표면에 윤활제가 잔류하기 쉬워져, 용접시의 아크 안정성을 저해한다.
(롤러 다이스 와이어 인발)
이하, 도 1a의 롤러 다이스 와이어 인발 단계를 설명한다. 도 1a의 와이어 인발 단계는 1차 와이어 인발 단계와 2차 와이어 인발 단계로 대체로 나누어질 수 있다. 와이어 인발 단계에 의해, 와이어는 제품 직경 또는 제품 직경에 근접한 와이어 직경까지 직경이 감소된다. 여기에서, 도 1b의 E 및 F에 나타낸 바와 같이, 1차 와이어 인발에 의해 와이어는 와이어(100c)로부터 와이어(100d)로 직경이 감소된다. 또한, 도 1b의 F 및 G에 나타낸 바와 같이, 2차 와이어 인발에 의해 와이어는 와이어(100d)로부터 제품 직경의 와이어(100e)로 직경이 감소된다.
도 1a의 와이어 인발 단계는 1차 와이어 인발 단계와 2차 와이어 인발 단계를 서로 별도로 실행하는 실시예를 도시하고 있다. 그에 따라, 와이어 인발 단계를 나눌지, 1차 와이어 인발 단계와 2차 와이어 인발 단계를 동일한 공정에서 연속적으로 실행하여 제품 직경까지 와이어를 인발할지는, 띠강의 설계 조건과 제품 FCW의 설계 조건, 생산성 등에 따라 적절하게 선택된다. 또한, 1개의 1차 와이어 인발 단계(B)에 대하여, 복수 라인의 2차 와이어 인발 단계(C)가 설정될 수 있다. 대안적으로, 복수 라인의 1차 와이어 인발 단계(B)에 대하여, 1개 라인의 2차 와이어 인발 단계(C)가 설정될 수 있다. 전자 설정 또는 후자 설정은 1차 와이어 인발과 2차 와이어 인발 사이의 생산성 밸런스에 따라 적절하게 선택될 수도 있다.
1차 와이어 인발 단계에서는, 초경재료제의 롤러 다이스열(그룹)(201 내지 206)이 다단(도 1a의 예에서는 6단 또는 6그룹)으로 배치되어 있다. 2차 와이어 인발 단계에서는 초경재료제의 롤러 다이스열(그룹)(401 내지 405)이 다단(도 1a의 예에서는 5단 또는 5그룹)으로 배치되어 있다. 이들 롤러 다이스열의 다단 배치 개수도 와이어 인발 조건에 따라 적절하게 선택된다.
도 1a의 1차 와이어 인발 단계는 인라인에서 성형 단계로 이어진다. 그리고, 1차 와이어 인발후의 와이어는 일단 코일(106)에 감겨진다. 더욱이, 도 1a에 도시된 바와 같이, 이 코일(106)에 감겨진 와이어는 풀려져서 2차 와이어 인발 단계를 실행한다.
2차 와이어 인발 단계는 연속적으로 윤활제의 물리적인 제거 수단(단계)(115+108), 및 오일 도포 수단(109)으로 인라인에서 이어진다. 대안적으로, 와이어 인발용 윤활제 도포 단계 전에 구멍 다이스(501)에 의한 스킨 패스(skin pass) 마무리 와이어 인발 단계가 삽입될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 롤러 다이스에 의한 와이어 인발 이후의, 마무리 와이어 인발 단계(501), 윤활제 제거 단계(115+108), 오일 도포 단계(109) 등의 단계는 인라인에서 (동일한 라인에서 연속적으로) 실행된다. 이들 단계가 오프라인 공정에 의해 별도로 실행되는 경우, 제품 FCW 제조 공정 전체의 생산성 및 생산 효율이 현저하게 저하한다. 이것은 롤러 다이스 그룹에 의한 와이어 인발 속도 증가의 이점을 크게 손상시킨다.
2차 와이어 인발 단계에 있어서, 오일 도포된 제품 FCW는 참조부호(110)로서의 코일러(coiler)내로 감겨진다. 또한, 도시하지 않는 단계에 의해, 와이어 스풀에 재권선되거나 또는 페일 팩에 장전된다. 도 1a의 와이어 인발 단계에 있어서, 참조부호(111)는 캡스턴(capstan)을 나타낸다. 각 캡스턴(111)은 각 롤러 다이스열의 후단에 배치된다. 그에 따라, 이 캡스턴(111)은 인발되는 와이어를 원활하게 안내하고, 연속적인 고속의 와이어 인발을 보장한다.
구멍 다이스(501)는 진원도 등의 형상 정밀도를 향상시키기 위한 스킨 패스 마무리 와이어 인발을 수행하기 위해 제공되며, 이것은 선택적으로 실시된다. 이 구멍 다이스(501)에 의한 마무리 와이어 인발은 관형으로 성형된 와이어로부터 제품 직경 직전의 와이어 직경까지 롤러 다이스에 의해 인발된 와이어를 위한 것이다. 이 제품 직경 직전의 와이어 직경이란 제품 와이어를 1로 한 경우의 면적비가 1.1 이내로 인발된 와이어의 직경을 말한다. 대안적으로, 구멍 다이스에 의한 마무리 와이어 인발은 다단의 롤러 다이스에 의한 와이어 인발 도중에 적용될 수도 있다. 이러한 경우에, 일련의 와이어 인발 단계의 최종 단계는 롤러 다이스에 의한 와이어 인발이다.
여기서, 도 1b의 G에 나타낸 제품 직경의 와이어(100e)의 형상 정밀도(진원도 등)는 와이어 공급성에 영향을 미친다. 또한, 별도 단계에서, FCW(110)를 와이어 스풀(100)에 재권선하거나, 또는 페일 팩에 장전할 때의 작업성에도 크게 영향을 미친다. 이 때문에, 롤러 다이스열에 의해 인발된 와이어를 최종적으로 구멍 다이스(501)에 의해 마무리 와이어 인발하는 것이 바람직하다. 구멍 다이스의 와이어 인발 속도는 롤러 다이스보다 느리다. 그러나, 이러한 2차 와이어 인발 라인 구성에 의하면, 최종적으로 구멍 다이스에 의해 마무리 와이어 인발을 실행하여도, 와이어 인발 단계 및 FCW 제조 공정 전체의 고속성 및 연속성에 영향을 미치지 않는다. 구멍 다이스에 의해 마무리 와이어 인발을 실행하는 경우, 롤러 다이스열에 의해 인발된 와이어는 제품 직경에 근접한 와이어 직경을 갖고, 구멍 다이스 마무리 와이어 인발후의 와이어는 최종 제품 직경을 갖는다. 본 발명에 있어서, 롤러 다이스에 의해 인발된 와이어는, 구멍 다이스의 마무리 인발을 실행하는지의 유무에 따라, 최종 제품 직경 또는 제품 직경에 근접한 와이어 직경(즉, 다른 직경)을 가질 수도 있다. 롤러 다이스에 의한 와이어 인발로부터 형성된 와이어 직경은 포괄적으로 대략 제품 직경이라 칭한다.
(윤활제 제거 수단)
인발된 와이어(100e)는 다음으로 와이어 표면으로부터 윤활제를 물리적인 제거 수단(115+108)에 의해 제거된다. 도 1a에서의 윤활제 제거 수단은, 전단에서의 와이어를 표면 연마 및 타격하는 윤활제 제거 수단(115)(작은 박스로 도시됨)과, 후단에서의 와이퍼 롤((wiper roll)에 의한 윤활제 제거 수단(108)(롤이 그내에 도시된 박스로 도시됨)에 의해 3단으로 인라인에서 윤활제를 제거하기 위한 것이다. 와이어를 표면 연마 및 타격하는 윤활제 제거 수단(115)은, 주행하는 와이어를 표면 연마한 후에, 예를 들어 경량 부재를 주행하는 와이어상에 낙하시켜 와이어를 타격하고, 그에 의해 윤활제를 와이어 표면으로부터 제거하는 수단이다. 반면, 후단에서의 와이퍼 롤에 의한 윤활제 제거 수단(108)은 윤활제를 닦아내는 펠트(felt) 등을 표면상에 구비한 와이퍼 롤에 의해 윤활제를 와이어 표면으로부터 제거하는 수단이다.
또한, 인라인에서의 윤활제 제거는 하기의 방식으로 실행될 수도 있다. 즉, 윤활제는 와이어에 진동을 가하는 것 등의 다른 물리적인 제거 수단, 또는 이들 물리적인 제거 수단의 적당한 조합에 의해 제거될 수 있다.
윤활제가 제거되지 않고, 와이어 또는 FCW 표면에 잔류한 경우에는, 용접시의 아크 안정성이 저하되어 용접 결함의 원인이 된다. 또한, 윤활제를 제거하기 위한 물리적인 제거 수단에 부가하여, 이들 물리적인 제거 수단의 전단 또는 후단에, 예를 들어 40±10℃의 온수를 와이어 표면상에 분무하거나, 또는 와이어를 온수나 고온수에 침지하고 세정에 의해 제거하는 인라인 단계가 필요에 따라 추가될 수도 있다. 그러나, 침지 및 세정에 있어서는, 시임부를 통해 와이어내로 수분이 침입하기 쉽다. 따라서, 이것을 제거하기 위해, 인라인의 유도 가열 코일을 통해 와이어를 통과시키고, 그에 의해 고주파의 전자기 유도 전류에 의해 와이어를 가열하여 와이어의 총 수분 함유량을 저감시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 성형이나 인발 단계용 윤활제로서 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 사용함으로써, 세정제 등의 화학적인 윤활제 제거 수단을 이용하지 않더라도, 상기 물리적인 제거 수단에 의해 와이어 표면으로부터 윤활제가 제거되기 보다 쉬워진다. 그 결과, 물리적 수단에 의한 윤활제의 제거는 전단의 고속 와이어 인발과 연계하여 연속적으로 또한 고속으로 실행될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이외의 다른 윤활제가 사용되는 경우에는, 와이어 표면으로부터의 제거 효율이 대폭 저하하고, 또한 화학적인 윤활제 제거 수단을 이용할 필요성도 생긴다. 따라서, 전단의 고속 와이어 인발과 연계하여, FCW 제조를 연속적으로 또한 고속으로 실행하기 어려워진다.
(오일 도포 수단)
그 표면으로부터 윤활제가 제거된 와이어(100e)는 계속해서 도 1b의 W에 도시된 바와 같이 오일 도포 수단(109)에 의해 와이어 공급성을 향상시키기 위한 윤활제 등의 윤활제(3)가 와이어 표면상에 도포되어, FCW 제품이 된다. 여기서, 오일 도포 수단(109)은 도 1b에 도시하는 바와 같이 고속으로 반송(이동)중인 와이어 표면에 소량의 윤활제(113)를 균일하게 또한 단시간에 도포하는 것이 요구된다. 이러한 목적을 위해, 정전기 오일 도포 등의 강제 오일 도포 수단을 이용하는 것이 와이어의 총 수소 제어의 관점에서 바람직하다. 그러나, 윤활제(3)가 함침된 펠트를 와이어에 접촉시켜서 도포하는 방법이 일반적으로 채용된다.
그러나, FCW 공급성 향상 윤활제가 와이어 공급성을 향상시키기 위해 필수적이지만, 수소원으로서 작용한다. 이 때문에, 와이어 공급성을 향상시키기 위해 최소 필요량이 부착된다. 윤활제는 소량 도포로 양호한 와이어 공급성을 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 트라이글리세라이드(triglyceride)를 함유하는 유채 오일 등의 식물성 오일, 또는 폴리아이소부텐(polyisobutene) 등의 합성 오일이 적합하다.
이상 설명된 도 1a의 실시예는 다음의 실시예를 나타내고 있다. 띠강을 U자형으로 성형하는 단계, U자형으로 성형된 띠강내에 플럭스를 충전하는 단계, U자형 띠강으로부터 관형 와이어로 성형하는 단계, 및 관형으로 성형된 와이어의 1차 와이어 인발 단계를 포함하는 공정과, 2차 와이어 인발 단계로부터 와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면에 오일 도포하는 단계를 포함하는 공정은 각각 모두 동일한 연속 라인(인라인)에서 실행되는 것이다. 그러나, FCW 제조 라인의 생산 효율이나 생산 조건에 따라, 1차 와이어 인발 단계와 2차 와이어 인발 단계를 연결시킬 수도 있고, 이들 모두를 동일한 인라인에서 실행할 수도 있다. 대안적으로, 1차 와이어 인발 단계까지의 공정은 또한 별도로 나누어서 실행될 수도 있다. 예를 들면, 와이어를 관형 와이어로 성형하는 단계(104b)까지의 단계와, 관형으로 성형된 와이어의 1차 와이어 인발 단계를 다른 라인에서 실행할 수도 있다.
(롤러 다이스 와이어 인발 장치)
여기서, 롤러 다이스(롤러 다이스 와이어 인발 장치)의 구성에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다. 도 2는 바람직한 실시예의 와이어 인발 장치의 정면도이다. 도 3은 도 1a 및 도 1b의 와이어 인발 장치에 있어서의 롤러 다이스의 주요부의 확대 정면도이다. 도 4는 와이어 인발에 사용하는 롤러 다이스 와이어 인발 장치열을 도시하는 정면도이다. 또한, 롤러 다이스 와이어 인발 장치의 바람직한 기본 구조의 실시예는 후술되는 롤러 다이스를 지지하는 프레임체의 강성의 증대에 기초하고 있다.
우선, 도 2에 있어서, 롤러 다이스 와이어 인발 장치(4a)는 기본적으로 롤러 다이스(1), 베어링 박스(베어링 커버)(7a 내지 7d), 베어링 고정용 비임(8a, 8b), 일체형 장방형 프레임 유닛(9a 내지 9d) 등으로 구성되다. 일체형의 장방형 프레임 유닛을 형성하는 각 프레임 유닛의 소재는 기계 구조용 탄소강, 합금강, 스테인리스강, 공구강 등의 비교적 고강도의 강으로 구성되는 것이 바람직하다.
롤러 다이스(1)는 좌우 한쌍의 2개의 롤러(2a, 2b)로 구성된다. 각 롤러(2a, 2b)의 축(6a, 6b)은 베어링 박스(7a 내지 7d)내의 베어링(도시하지 않음)에 의해 각각 회전 가능하게 축지지되어 있다. 이 베어링은 4개의 베어링 박스(7a 내지 7d)내에 각각 유지 수용되어 있다. 베어링 박스(7a, 7c) 및 베어링 박스(7b, 7d)는 각각 2개의 베어링 고정용 비임(8a, 8b)에 결합 및 고정된다. 이 베어링 박스는 이들 비임을 통해 4개의 프레임 유닛(9a 내지 9d)에 각각 고정되어 있다. 이들 베어링 고정용 비임(8a, 8b)은 각각 후술되는 조정용 볼트를 통해 프레임 유닛(9a 내지 9d)에 각각 고정되어 있다.
도 2에 있어서, 참조부호(11a 내지 11d)는 롤러 다이스(1)의 롤러축 방향(도면의 상하 방향)의 위치 조정용의 볼트이다. 참조부호(12a, 12b, 13a 내지 13d)는 롤러 갭(롤러 사이의 거리) 조정용의 볼트이다. 이들 조정용 볼트는 푸시 스크루(push screw)나 풀 스크루(pull screw) 등으로 구성되어, 프레임 유닛(9a 내지 9d) 및 베어링 고정용 비임(8a, 8b)에 각각 결합된다. 그리고, 이들 볼트는 베어링 고정용 비임과, 이 비임에 고정된 베어링 박스를 통해 와이어 인발시의 용접용 와이어에 대해 롤러(2a, 2b)의 롤러축 방향의 위치 및 롤러 갭을 제어한다. 이것은 용접용 와이어에 대한 롤러 다이스의 하중 및 가공율과, 및 용접용 와이어의 형상 및 직경을 제어한다.
한편, 롤러 다이스(1)를 지지하면서 둘러싸는 프레임 유닛(9a 내지 9d)은 볼트(10) 그룹 등에 의해 서로 결합되어, 일체형의 장방형 프레임체를 구성하고 있다. 일체형의 프레임체의 전체 형상은 롤러 다이스(1)를 사방에서 지지하기 위해 대체로 장방형이다. 참조부호(27)는, 다수의 와이어 인발 장치(4a)를 용접용 와이어(5)에 대하여 직렬로 배치한 와이어 인발 장치열(그룹)(4)로서 와이어 인발 장치(4a)를 사용하는 경우에, 와이어 인발 장치(4a)를 적층 및 고정하기 위한 고정축용 구멍 그룹이다. 이들 고정축용 구멍(27)은 와이어 인발 장치(4a)의 구성 및 기능을 저해하지 않도록 일체형 프레임체의 네 코너[프레임 유닛(9a, 9c)의 코너부]에 각각 배치된다.
도 3에 확대 도시된 롤러 다이스(1)를 구성하는 좌우 한쌍의 롤러(2a, 2b)는 각각 반원형 구멍(cavity)(3a, 3b)을 갖는다. 그리고, 이 다이스 구멍(3a, 3b)을 합체하여 형성된 다이스 구멍(3)내에 와이어[도 1b에 와이어(100c)가 도시되어 있음]를 협지한다. 그리고, 예를 들면 도 1의 플럭스(106)가 그내에 충전된 와이어(100c)가 인발된다. 이 단계에서, 롤러(2a, 2b)의 롤러축 방향(도면의 상하 방향)의 위치는 도 2의 볼트(11a 내지 11d)에 의해 조정된다. 반면, 롤러 갭((도면의 좌우 방향)은 도 2의 볼트(12a, 12b) 및 볼트(13a 내지 13d)에 의해 조정된다.
이상의 바람직한 기본 구성에 따르면, 일체형의 장방형 프레임 유닛(9a 내지 9d)의 필요 강성과, 그에 대응하는 인발시의 롤러 다이스(1)의 고정 강도를 기본적으로 확보하기 용이하다. 따라서, 고강도의 용접용 와이어의 인발인 경우에도, 일체형의 장방형 프레임 유닛(9a 내지 9d)의 변형을 방지할 수 있다. 또한, 이에 의해, 롤러 다이스(1)의 고정 강도를 더욱 높여서, 고강도의 용접용 와이어의 인발인 경우에도, 와이어 인발 속도 및 형상 정밀도를 향상시킬 수 있다.
와이어 인발 장치(4a)에 있어서의 롤러 다이스(1)의 고정 강도(강성)는, 롤러 다이스(1), 베어링 박스(7), 베어링 고정용 비임(8), 장방형 프레임체(9)의 구성 요소 자체의 강도, 장방형 프레임체의 고정 강도, 및 장방형 프레임체의 강도가 서로 상승되어서 결정된다. 본 발명에 있어서, 이들 요소중, 특히 가장 영향이 큰 일체형의 장방형 프레임체(9)의 강도(강성)를 상기 소정의 레벨로 높여서, 롤러 다이스(1)의 고정 강도를 높인다. 따라서, 이러한 바람직한 기본 구성의 와이어 인발 장치(4a)인 경우에도, 후술하는 바와 같이 일체형 프레임체의 신장량이 150㎛를 초과하여 강성이 저하한 경우에는, 특히 고강도의 용접용 와이어의 인발시의 일체형 프레임체의 강성과 롤러 다이스의 고정 강도가 부족하게 된다.
(롤러 다이스 와이어 인발 장치열)
이러한 구성의 와이어 인발 장치(4a)는, 실제로 FCW 제조를 위한 와이어 인발에 사용되는 경우에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 용접용 와이어(100c)에 대하여 다수의 장치를 직렬로 배치한 와이어 인발 장치열(그룹)(4)로서 사용된다. 도 4의 경우에는, 양호한 형상 정밀도를 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어(100c)를 인발하기 위해서, 동일한 구성을 갖고, 또한 롤러(2a, 2b)의 방향을 서로 90° 정도의 각도로 시프팅시킨 와이어 인발 장치(4a)가 교대로 배치되어 있다. 각각의 와이어 인발 장치(4a)의 고정축용 구멍[도 2에 도시된 고정축용 구멍(27)]에 고정축(28a, 28b)을 관통시킨다. 그에 따라, 이 와이어 인발 장치(4a)는 고정판(29)[와이어 인발 장치(4a)의 바닥부의 지지부를 포함하는 L자형상을 가짐]에 고정되며, 와이어 인발 장치(4)로서 일체형 부재로 된다. 또한, 도 4에서의 와이어 인발 방향은 도면의 우측에서 좌측으로의 방향이다.
(롤러 다이스 프레임체의 강성)
롤러 다이스를 지지하는 프레임체에 있어서의 강성에 대하여 설명한다.
본 발명을 특징화하는 롤러 다이스를 지지하는 일체형 프레임체는 와이어 인발시의 롤러 다이스의 강성을 확보하는 중요한 역활을 한다. 일체형 프레임체의 강성이 낮을 경우, 일체형 프레임체는 쉽게 변형하여, 변형량이 증가한다. 이 때문에, 롤러 다이스의 고정 강도도 낮아져, 변형하기 쉬워진다. 그 결과, 롤러 자체가 인발시에 회전될 때에 진동하기 쉬워진다. 이에 의해, 인발시의 용접용 와이어의 진동이 여기된다. 그 결과, 와이어는 롤러의 다이스 구멍과 단속적으로 접촉하게 되고, 그에 따라 용접용 와이어 표면에 타흔이 발생한다. 이것은, 용접용 와이어의 와이어 직경 정밀도 및 형상 정밀도가 만족스럽지 않게 되고, 와이어의 표면 거침이 발생하는 등의 문제를 발생시키기 쉽다. 특히, 고강도의 용접용 와이어의 인발은 이러한 경향이 강하다. 이 때문에, 특히 고강도의 용접용 와이어는 인발될 수 없거나, 인발될 수 있더라도, 와이어 인발 속도를 낮출 수뿐이 없다.
이에 대하여, 본 발명의 바람직한 실시예와 같이, 일체형 프레임체의 강성을 높임으로써, 와이어 인발시의 부하하에서 프레임체의 변형을 방지할 수 있다. 그 결과, 롤러 다이스의 고정 강도가 높아진다. 이로써, 고강도의 용접용 와이어의 와이어 인발인 경우에도, 와이어 인발 속도 및 형상 정밀도를 향상시킬 수 있다.
일체형 프레임체의 강성은, 도 5a에 도시하는 바와 같은 인장 시험기(20)에 의해 와이어 인발 장치의 내의 일체형 프레임체만의 인장 시험을 실행하여 결정된 이 프레임체 단독의 신장량으로 나타낸다. 이러한 방식으로 신장량을 측정하는 방식이 가장 간단한 측정 방법이며, 고강도의 용접용 와이어의 실제 인발에 있어서의 속도 증가 및 정밀도의 경향과 잘 대응한다.
인장 시험 동안에 프레임체에 인가되는 인장 하중은 다음과 같은 방식으로 측정된다. 실제로 사용되는 와이어 인발 장치로부터, 롤러 다이스나 베어링 박스 등의 프레임체에 의해 지지되는 대상물을 제거한다. 다음에, 일체형의 프레임체에 대해서만, 롤러 다이스의 와이어상의 하중 방향으로 10000N(뉴튼)의 인장하중을 프레임체의 중앙부에 인가하여, 프레임체를 신장시킨다. 이 단계에서 프레임체의 신장량을 측정한다. 일체형의 프레임체만의 신장량 및 프레임체 중앙부의 신장량은 일체형의 프레임체가 가장 크게 변형한 경우의 최대 변형량을 나타낸다. 프레임체의 신장량을 측정하기 위해, 롤러 다이스나 베어링 박스 등의 프레임체에 의해 지지되는 대상물을 프레임체로부터 의도적으로 제거한 이유는, 프레임체 강성에 대한 이들 지지 대상물의 영향을 배제하고, 고강도의 용접용 와이어의 인발 상태에 크게 기여하는 프레임체만(프레임체 단독)의 강성을 평가하기 위해서이다.
도 5a의 인장 시험기(20)는 기본적으로 베이스(22)상에 설치된 프레임 부재(24)와, 이 프레임 부재(24)에 수직으로 설치된 인장 시험기 유닛(21a, 21b)으로 구성되며, 통상의 인장 시험기와 기본적으로 동일한 구성을 갖는다. 요컨대, 인장 시험기는 일체형 프레임체가 통상의 인장 시험편 대신에 사용된다는 점과, 일체형 프레임체의 인장 시험을 위한 수직 설치 및 고정 방법이 일체형 프레임체(9)내의 프레임 유닛(9d, 9b)의 중앙부[일체형 프레임체(9)의 상하 축 중심)에 제공된 볼트(23a, 23b)에 의해 수행된다는 점만이 통상의 인장 시험기와 상이하다. 또한, 도 5a의 측정용의 일체형 프레임체(9)는, 인장하중 방향이 롤러 다이스 와이어 인발 장치의 와이어로의 하중 방향이 되도록, 도 2에 도시된 일체형 프레임체(9)의 방향에 대하여 90° 정도 기울진 상태로 되어 있다.
도 5b는 일체형 프레임체(9)의 평면도[일체형 프레임체(9)의 상부에서 본 도면)이다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 일체형 프레임체(9)의 수직축 또는 수직축에 근접한 위치인 프레임 유닛(9d)의 중앙부에 인장 하중이 인가된다. 프레임 유닛(9d)의 중앙부(C)에서 와이어 인발 장치로서의 위치 조정용의 볼트가 이미 있는 경우에는, 인장 시험용의 고정 볼트(23a)의 대신에 이를 이용하여 고정할 수도 있다. 대안적으로, 인장 시험용의 고정 볼트나 볼트 구멍이 없는 경우에는, 인장 시험용의 고정 볼트(23a)를 삽입하는 다른 구멍을 프레임 유닛(9d)의 중앙부(C)에 형성한다. 이것은 다른 프레임 유닛(9b)의 경우도 같다. 또한, 이들중 어떠한 경우에도, 인장 시험용의 고정 볼트가 10000N의 인장 하중에 충분히 견딜 정도의 두께 및 강도를 가질 필요가 있다는 것은 말할 필요도 없다.
다음에, L1-L0을 결정하며, 여기서 L0은 인장 하중이 인가되기 전의 프레임체(9) 중앙부에서의 [프레임체(9)의 수직축 방향을 따른] 프레임체의 외형 거리이며, L1은 인장 하중이 인가된 후의 프레임체 중앙부에서의 프레임 거리이다. 결정된 값은 프레임 외형 거리의 신장량(elongation amount)이라 한다. 일체형 프레임체(9)만의 신장량은 전술한 바와 같이 일체형 프레임체(9)가 가장 크게 변형한 경우의 최대 변형량을 나타낸다. 거리 L0, L1은 마이크로미터(micrometer), 레이저식 거리 측정기, 다이얼 게이지(dial gauge), 변형식(distortion type) 갭 측정기 등에 의해 ㎛ 단위로 측정된다.
본 발명에 있어서, 일체형 프레임체(9)는 이러한 인장 시험에 있어서의 일체형 프레임체(9)의 신장량이 20㎛ 내지 150㎛의 범위내에 있도록 고강성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 와이어 인발 단계에 있어서의 복수 그룹의 롤러 다이스중 1 그룹(1열)의 롤러 다이스에서도, 일체형 프레임체의 신장량이 150㎛를 초과하는 경우에 있어서, 특히 고강도의 용접용 와이어를 인발할 경우에, 일체형 프레임체의 강성 및 롤러 다이스의 고정 강도가 부족하게 된다. 이것은, 인발시의 와이어에 타흔이 발생하고, 와이어 직경 정밀도나 형상 정밀도가 만족스럽지 않게 되고, 와이어의 표면 거침이 발생하는 등의 문제를 발생시키기 쉽다. 특히, 고강도의 용접용 와이어의 인발은 이러한 경향이 강하다. 이 때문에, 특히 고강도의 용접용 와이어는 인발될 수 없거나, 인발될 수 있더라도, 와이어 인발 속도를 낮출 수뿐이 없다. 그 결과, 특히 고강도의 용접용 와이어의 인발에 있어서, 속도 증가 및 정밀도의 향상(형상 정밀도의 향상)을 모두 달성할 수 없다.
한편, 일체형 프레임체의 신장량이 20㎛ 미만이면, 비교적 인발하기 용이한 연강 후프(hoop)의 FCW의 인발에서도, 롤러 다이스에 대한 부하가 지나치게 높아진다. 이 때문에, 롤러 다이스가 WC-Co계 초경재료제인 경우에도, 롤러 다이스의 피로 강도가 저하하고, 파괴되기 쉬워져, 그 수명이 대폭 저하한다. 따라서, 일체형 프레임체의 신장량은 20㎛ 내지 150㎛의 범위내로 설정된다.
본 발명에서 사용하는 롤러 다이스(와이어 인발 장치)가 이러한 구성을 갖기 때문에, 단일의 소직경 구멍을 통해 와이어를 통과시키는 구멍 다이스를 사용한 와이어 인발과 비교하여, 다이스 표면의 윤활층에 부하되는 전단력이 비교적 작고, 윤활막 파손의 문제가 발생하기 어렵다. 반면, 인발된 와이어의 윤활이 수소 증가의 문제가 없는 비수소계의 무기 건식 윤활제에 의해 실행될 경우에도, 구멍 다이스와 같은 윤활제의 고화 및 막힘의 문제가 발생하지 않는다.
(롤러 다이스 재질)
본 발명에서 사용하는 롤러 다이스(1)[롤러(2a, 2b)]는 초경재료로 제조되는 것이 바람직하다. 그 이외의 재료에서는, 특히 고강도의 용접용 와이어의 고속 인발에 있어서, 롤러 다이스의 피로 강도가 저하하고, 파괴되기 쉬워져, 수명이 대폭 저하할 가능성이 크다. 초경재료로서는, WC계 초경합금제, TiC계 초경합금제, TiCN계 서멧(cermet)제 등이 있다. 이들 초경재료에 ZrC, HfC, TaC, NbC, VC, Cr3C2 등을 적당히 분산시키고, 바인더(binder)로서 Co 및/또는 Ni에서 소결한 것 등이 매우 많이 있다.
그러나, 본 발명에서 사용하는 롤러 다이스(1)에는, 이들 초경재료중, 입경이 0.1㎛ 내지 20㎛인 미세한 WC 입자를 바인더로서의 Co, 또는 Co 및 Ni에서 소결하여 생성된 조성의 것이 바람직하다. 이러한 WC계 초경합금인 WC-Co계 초경재료로 이루어진 롤러 다이스는 경도 및 강성이 높다. 이 롤러 다이스가 와이어 인발에 사용되는 경우, 와이어 공급성의 저하가 생기지 않는다. 그에 따라, 강 후프의 경도가 높아지더라도, 와이어 인발후의 FCW 표면의 마무리성이 확보되어, FCW의 와이어 공급성이 향상된다. 이에 의해, 구멍 다이스에 비하여, 고속 및 연속적인 와이어 인발이 가능해진다. 또한, 본 발명에 있어서, 후술되는 실시예에서는 바인더 성분이 10질량%, WC 입자가 90질량%의 조성의 것이 사용된다. 그러나, 바람직한 성분의 조성 범위는 바인더 성분이 5질량% 내지 15질량%, WC 입자가 85질량% 내지 95질량%이다.
또한, 이것은 본 발명에서 사용하는 구멍 다이스에 대해서도 동일하다. 따라서, 본 발명에서 사용하는 각 구멍 다이스는 초경재료, 특히 WC-Co계 초경재료로 제조되는 것이 바람직하다.
(마무리 와이어 인발후의 와이어 표면 경도)
이러한 환경하에서, 통상의 연강판제의 어떠한 띠강도, 비커스(Vickers) 경도로 170Hv 내지 240Hv의 범위의 경도를 갖는 한, 와이어 인발후의 FCW 표면의 마무리성이 확보된다. 그 결과, 마찰 계수가 낮아져, FCW의 와이어 공급성이 향상된다. 본 발명에서 사용하는 WC계 초경합금으로 제조되는 어떠한 롤러 다이스도, 이러한 비커스 경도 범위가 쉽게 얻어진다. 170Hv 미만의 비커스 경도에서는, FCW의 강성이 감소하여 와이어 공급성이 저하한다. 반대로, 240Hv를 초과하는 비커스 경도에서는, FCW가 파괴되기 쉬워진다. 그 결과, 스풀 코일의 선단(권선 시작측)에서 FCW가 파손되면, FCW의 재권선(rewinding) 문제가 발생한다.
본 실시예에 있어서, 마무리 와이어 인발을 제외한 와이어 인발 공정의 각 단계 전체에 걸쳐서, 초경재료제의 롤러 다이스로에 의해 와이어 인발을 실행한다. 그러나, 고속 및 연속 와이어 인발 또는 성형에 크게 영향을 미치지 않는 부분이나 공정에 있어서, 초경재료제의 롤러 다이스 이외의 다이스나 롤 재료의 사용이 방해받지 않는다.
(수분 함유량 및 수소 함유량의 저감화에 대응)
이하, 전술된 고속 또한 연속적이고, 효율적인 FCW 제조 공정에 따라, FCW에 함유되는 각 수소원으로부터의 수소를 제어하고, 바람직하게는 인발후의 와이어 전체의 (플럭스중에 함유되거나, 와이어 표면에 부착된) 수분량을 500ppm 이하로 제어하기 위한 추가 제어 수단에 대해서 설명한다.
상정할 수 있는 FCW에 함유되는 수소원은 다음과 같다.
① 외피의 강 후프 내부의 원자상 수소, 및 강 후프 표면의 방청 오일, 가공 오일 등의 조성에 함유된 수소.
② 내포 플럭스(금속 분만, 산화물 분말, 광석 분말)의 결정수(crystal water), 및 플럭스상에 원래 흡습 또는 흡착된 수분에 기인하는 수소.
③ FCW 제조 과정에서 와이어에 흡습 또는 흡착된 수분에 기인하는 수소.
④ FCW 제조에서 와이어 인발 가공용 윤활제에 기인하는 수소원. 예를 들면, 무기계 고체 윤활제 분말의 결정수 및 흡착수와, 유성 윤활제의 함유 수소.
⑤ 와이어 표면에 도포하는 공급성 향상을 위한 윤활유, 방청 오일 등의 함유 수소.
일반적으로, 보다 뛰어난 와이어 공급성을 확보하는데 요구되는 FCW는 와이어 표면에 어떤 수소계 윤활제 피막을 형성하는 것이 필수 불가결하다. 이 때문에, 상기 ⑤에 기인하는 수소원은 최소 요건으로서 피하기 어렵다. 따라서, 수소 함유량이 낮고 공급성이 양호한 FCW를 제조하기 위해서, 상기 ① 내지 ④, 또는 ① 내지 ⑤까지를 포함해서, 각 수소원으로부터의 수소를 종합적으로 제어할 필요가 있다.
각 수소원중, 상기 ①의 수소량을 저감하기 위해서, 상기 도 1의 실시예에서는 코일형 띠강(100)을 우선 세정 및 탈지 단계(102)에 의해 세정 및 탈지했다.
또한, 상기 ②의 공급 플럭스에 기인하는 수소량을 저감하기 위해서, 공급전의 플럭스 피더(105)상에서 플럭스를 공급중에 건조시켰다.
더욱이, FCW 제조 과정에서 와이어에 흡습 또는 흡착되는 수분에 기인하는 수소량을 저감하기 위해서, 롤러 다이스에 의해 와이어 인발 속도를 높였다. 다음에, 전술한 바와 같이, 띠강의 두께(t)에 대한 띠강의 폭(W)의 비(t/W)를 바람직하게는 상기 소정의 범위내로 설정하는 것이다. 또한, 이것은 상기 ③의 수소량을 저감하는데 기여한다.
게다가, 상기 ④의 FCW 제조에서의 와이어 인발용 윤활제에 기인하는 수소량을 저감하기 위해서, 무기 건식 윤활제로서 비수소계의 이황화 몰리브덴을 사용했다.
이들 수소 저감 수단 이외에, 또한 상기 ③의 FCW 제조 과정에서 와이어에 흡습 또는 흡착되는 수분에 기인하는 수소량을 저감하기 위해서, 와이어 인발 공정에서의 와이어 인발 개시로부터 와이어 인발 종료까지(마무리 와이어 인발전까지)의 어떠한 부분에서도, 와이어의 표면 온도를 90℃ 내지 250℃의 범위내에 유지하는 것이 바람직하다. 와이어 인발 공정 동안의 와이어의 표면 온도는 일단 90℃ 이상으로 단시간 유지한다. 그 결과, 분위기중에 수분이 통상량 함유된 경우에도, 바꿔 말하면, 분위기중의 수분 함유량을 저감하는 분위기 제어를 실행하지 않는 경우에도, 수분이 증발하여, 와이어 인발중에 와이어내의 플럭스상에 흡습 또는 흡착되는 수분량이 적어진다.
와이어의 표면 온도는 접촉식 열전쌍 온도계[예를 들면, 안리츠 미터사(Anritsu Meter Co., Ltd.)에 의해 제조된 온도 측정기 : HET-40(E), 측정 유닛 : 이동·회전 표면 온도 측정용 센서 SE9845]에 의해 직접 측정될 수 있다.
와이어내의 플럭스는 와이어에 충전된 후에 성형 및 와이어 인발에 의한 직경의 감소시마다 가공도가 증가되어, 가공 열로 인한 플럭스의 산화 또는 분말화 등의 화학적 또는 물리적인 변질이 진행한다. 그 결과, 와이어의 총 수분 함유량이 증가하기 쉬운 성질을 갖는다. 이러한 면에서, 와이어 인발 공정에서의 상기 온도 제어는 인발후의 와이어 전체의 수분 함유량을 500ppm 이하로 하는데 크게 기여한다.
와이어 전체의 수분 함유량은 JIS K0113에 규정된 K.F.[칼 피셔(Karl Fisher)] 수분 측정법에 의해 측정될 수 있다. 즉, 시료 와이어를 750℃로 가열하고, 캐리어 가스로서 산소를 사용하여 시료 와이어로부터 수분을 추출한다. 추출된 수분 함유량은 전기량 적정법(coulometric titration)에 의해 측정된다. 또한, 이러한 방법에 있어서 캐리어 가스로서 산소를 사용하여 측정된 수분량(W1)과, 캐리어 가스로서 아르곤을 사용하여 측정된 수분량(W2) 사이의 차이(W1-W2)는, 유기물로부터 유래된 수소 원자 상태에서, 와이어 표면이나 내부(플럭스 등)에 존재하고 있었던 수소가 산화되어서 물이 되고, 검출된 물의 양(유기물로부터 유래된 수분)을 나타낸다.
한편, 플럭스의 흡습 방지를 위해서, 와이어의 표면 온도를 250℃보다 높은 고온으로 설정할 필요는 없다. 와이어 인발 공정에 있어서의 와이어의 표면 온도가 250℃를 초과한 경우, 플럭스내에 함유된 금속 분말이 산화될 가능성이 높다. 또한, 와이어 인발성, 와이어 인발 효율도 현저하게 저하한다. 일단 플럭스가 산화되면, 그후에 수분을 흡수하기 쉬워진다. 도리어, 이것은 와이어 수소를 증가시키게 된다. 또한, 초기에 설계된 탈산 성능을 용접시에 제공할 수 없어, 용접 금속의 산소량을 증가시킨다. 이것은 기계적 성능(충격값 등)에 악영향을 미친다.
여기서, 구체적인 와이어의 온도 유지를 위한 제어 수단은 다음과 같다. 온도를 상승시키기 위해서, 와이어 인발로(wire drawing furnace)에 40℃ 내지 70℃의 온수를 분무하거나, 또는 다른 작업을 실행하고, 그에 의해 와이어 인발로 내부의 온도를 비교적 고온으로 설정한다. 그에 따라, 와이어 인발에서의 발열과의 상승 작용에 의해, 90℃ 이상의 와이어 온도를 일정하게 제공한다. 반면, 와이어 인발에 있어서의 발열이 크기 때문에, 250℃ 이하로 와이어 온도를 낮출 필요가 있는 경우에는, 와이어 인발에 있어서의 양호한 윤활성을 얻기 위해서도, 와이어 인발로로부터의 가공 발열을 해제하도록 노의 내부를 수냉한다. 와이어의 온도 유지는 단시간에, 또한 와이어 인발 공정에서 복수회 또는 반복적으로 실행될 수 있다. 그러나, 이를 위한 특별한 단열 수단을 제공하거나, 또는 인발중의 와이어의 인발 속도를 저하시키는 것 등이 필요하지 않다.
또한, 와이어 인발 공정에 있어서의 와이어의 표면 온도를 적정한 온도 범위내로 하기 위해서, 플럭스의 내포(충전) 직전의 외피 후프(띠강)도 가열될 수 있다. 이 때문에 U자형으로의 띠강의 성형 등의 띠강 성형 공정의 출구에서의 U자형으로 성형된 띠강의 온도가 60℃ 내지 150℃의 범위내에 있으면, 와이어 인발 공정에 있어서의 와이어의 표면 온도를 적정한 온도 범위내로 설정할 수 있다.
본 발명의 제조 방법이 적용되는 외피 후프(띠강)의 타입으로서, 연강을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 각 조건, 즉 "띠강의 t/W가 0.06 내지 0.12일 것", "인발후의 와이어의 표면이 비커스 경도 170Hv 내지 240Hv를 가질 것", 및 "와이어 인발 공정의 어떠한 부분에서도, 와이어의 표면 온도가 90℃ 내지 250℃일 것"은 적어도 외피로서 연강을 사용하는 경우에 대하여 바람직한 조건이다. 그러나, 본 발명의 제조 방법을 적용할 수 있는 와이어는 연강으로만 한정되지는 않는다. 본 발명의 제조 방법은 외피로서 고장력강, 스테인리스강 및 내열강 등의 다양한 강종을 사용하는 와이어 후프에 사용될 수도 있다. 또한, 연강을 외피로서 사용하는 경우에도, 그 성분은 후술되는 실시예의 표 1에 나타낸 성분에만 한정되지 않는다. 본 발명의 제조 방법은 다양한 성분의 연강에 사용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1a에 도시된 FCW 제조 공정에 있어서, 표 1에 나타낸 성분의 각 연강판제 띠강(후프)을 사용하고, 표 2에 나타낸 성분의 각 플럭스를 사용하고, 표 3에 나타낸 각 윤활제를 사용하여, 1.2㎜의 제품 직경을 갖는 FCW를 제조했다. 이 때에, 표 4 및 표 5에 나타낸 바와 같이, 띠강의 두께(t)와 폭(W)의 비(t/W)를 (12㎜ 내지 14㎜의 폭과, 0.85㎜ 내지 1.4㎜의 두께의 범위내에서) 여러 가지로 변경하고, 또한 2차 와이어 인발 조건을 표 4 및 표 5에 나타낸 바와 같이 변경하여서 FCW를 제조했다. 또한, 표 4는 발명예를 나타내고, 표 5는 비교예를 나타낸다.
여기서, FCW의 생산 환경으로서, 공기 조절 시스템이 없기 때문에, 또는 원래 환경적으로, 와이어 인발 공정의 분위기중의 수분 함유량이 많을 경우를 상정하여, 인발중의 각 와이어 플럭스의 흡습 방지에 불리한 조건을 선택했다. 보다 구체적으로, 와이어 인발 공정의 분위기에 있어서, 온도를 30℃로, 습도를 80%로 설정했다. 그에 따라, 공기 조절 시스템을 갖춘 종래의 FCW의 생산 환경보다 높은 쪽의 조건으로 설정했다.
도 1a에서의 2차 와이어 인발전까지, 즉 띠강(100)의 세정 및 탈지 단계(102)로부터 롤러 다이스에 의한 1차 와이어 인발 단계(201 내지 206)까지의 단계에서는, 각 예에 있어서 동일한 조건을 이용했다. 이 때에, 각각의 U자형으로 성형된 띠강내로의 충전 플럭스는 피더상에서 200℃로 건조됐다. 다음에, 이 U자형으로 성형된 띠강(4.6㎜φ 내지 4.8㎜φ)으로부터 공통으로 2.2㎜φ의 관형 와이어를 성형했다. 그리고, 1차 와이어 인발에서는 2.2㎜φ의 와이어를 1.6㎜φ의 와이어로 인발했다.
더욱이, 롤러 다이스 2차 와이어 인발 단계(401 내지 405)에서는, 구멍 다이스(501)에 의한 마무리 인발을 실행할 경우, 각각의 1.6㎜φ의 와이어를 1.3㎜의 제품 직경에 근접한 직경의 와이어까지 인발하고, 이 와이어를 구멍 다이스에 의해 1.2㎜의 제품 직경의 와이어(FCW)까지 인발했다. 대안적으로, 구멍 다이스(501)에 의한 마무리 와이어 인발을 실행하지 않을 경우에는, 1.2㎜의 제품 직경의 와이어(FCW)까지의 와이어 인발을 롤러 다이스에 의해 실행했다. 또한, 표 5의 비교예 36 내지 39에서는, 2차 와이어 인발 단계를 5열(5단)의 구멍 다이스 와이어 인발기에 의해 발명예에서와 동일한 조건하에서 실행하여, FCW를 제조했다.
또한, 롤러 다이스 2차 와이어 인발 단계에 있어서, 롤러 다이스(205, 206)의 와이어 인발로에서 40℃ 내지 70℃의 온수를 분무하여, 와이어 인발로 내부의 온도를 비교적 고온으로 설정했다. 그에 따라, 와이어 인발에 있어서의 발열과의 상승 작용에 의해, 롤러 다이스(205, 206)의 와이어 인발로에서 와이어를 150℃ 내지 180℃의 온도로 일단 가열하여 유지했다.
와이어 인발후의 와이어 표면으로부터의 윤활제 제거는 윤활제 제거 수단(115+108)에 의해 실행되고, 와이어 공급용 윤활제의 도포는 도 1a에 도시된 바와 같이 2차 와이어 인발 단계에서와 동일한 인라인에서 정전기 오일 도포 수단(109)에 의해 유채 오일을 도포하여 실행되었다. 그리고, 도포된 와이어는 제품 FCW로서 재권선되었다.
또한, 1차 및 2차의 롤러 다이스 와이어 인발 단계 전체에 걸쳐서, 도 2에 도시된 고강성의 롤러 다이스를 사용했다. 롤러 다이스에 사용된 재질 및 구멍 다이스에 사용된 재질은 모두 평균 입경이 1㎛인 미세한 WC 입자를 바인더로서 Co에서 소결하여 이루어진 WC-Co계 조성의 것이다. 이 때에, 각 예에 있어서, 와이어 인발 단계에 있어서의 롤러 다이스의 일체형의 장방형 프레임 유닛의 강성은 도 5에 도시된 장방형 프레임체의 인장 시험에 의한 신장량의 면에서 40㎛ 정도로 높게 했다. 그러나, 표 4 및 표 5의 발명예 12 및 13과, 비교예 25 내지 27만은, 2차 와이어 인발에서 가장 높은 인발 속도를 제공하는 롤러 다이스(405)만의 장방형 프레임체의 신장량을 변경하여 와이어 인발을 실행했다.
그리고, 이러한 조건하에서, 안정한 와이어 인발을 보장할 수 있는 최고의 2차 와이어 인발 속도를 측정했다. 또한, 재권선후의 FCW의 형상 정밀도(진원도), FCW 표면(경도 측정을 위해 모든 오일 성분이 제거됨)의 비커스 경도(표 4 및 표 5에서는 인발후의 와이어 특성으로서 기재됨), 인발후의 와이어의 수분 함유량, 및 인발후의 와이어의 잔류 와이어 인발 윤활제량(와이어 10kg당 유황의 g수)을 측정했다. 이들 성능 측정용의 인발후의 와이어의 시험 샘플의 샘플링은 구멍 다이스 인발(501) 이후로부터, 윤활제 제거 단계(108)까지의 공정 동안에 인발후의 와이어의 최종단에서 실행했다.
각 FCW의 진원도는 도쿄 세이미츠사(Tokyo Seimitsu Co., Ltd.)에 의해 제조된 RONDCOM 30B 진원도 측정기에 의해 측정되었다. ±5㎛ 미만의 편차를 갖는 진원도의 FCW를 ○로 평가하고, ±5㎛ 내지 10㎛의 편차를 갖는 FCW를 △로 평가하고, ±10㎛을 초과하는 편차를 갖는 FCW를 ×로 평가했다.
각 FCW내의 플럭스의 수소 함유량 및 수분 함유량은 K.F.(칼 피셔) 수분 함유량 측정법에 의해, 총 함유량을 수분 함유량으로 환산하여 측정되었다.
각 FCW의 잔류 와이어 인발 윤활제 오일량은 다음과 같은 방식으로 측정되었다. FCW 후단측의 길이 방향을 따라 서로 100㎜ 간격으로 이격된 50개소로부터 샘플을 채취하였다. 와이어 표면을 유기 염소계 또는 유기 불소계 용매로 추출했다. 그 유황 농도를 적외선 흡수 분석법(infrared-absorbing analysis method)에 의해 측정하고, 각 FCW상에 부착된 유황량으로서 평균하여 이 평균값을 와이어 10kg당의 값으로 환산했다. 이들 결과를 표 4 및 표 5에 나타낸다.
또한, 이들 FCW는 와이어 공급성 및 연강판(두께 1㎜)끼리의 맞대기 용접시의 용접성에 대하여 평가되었다. 와이어 공급성에 대해서는, 다음과 같은 방식으로 평가를 실행했다. 도 6에 도시된 와이어 공급기를 사용함으로써, 와이어가 2개소의 굴곡부(106)를 가질 경우의 C02 가스 실드 용접기(107)로의 와이어 공급성을 평가했다. C02 가스 실드 용접의 조건은 용접 전류 300 A, 용접 전압 32V, 용접 속도 30cm/분, 및 C02 실드 가스 25L/분으로 했다.
다음에, 와이어 공급성을 다음과 같이 평가했다. 와이어 공급성은 와이어 공급이 중단없이 실행될 수 있는 경우를 ○로 평가했다. 용접 작업중에 1회 내지 2회 정도 와이어 공급이 중단되기 시작했지만 용접 작업이 중단없이 실행될 수 있는 경우를 △로 평가했다. 용접 작업중에 자주 와이어 공급이 중단되어, 용접 작업이 중단되는 경우를 ×로 평가했다.
각 FCW의 용접성은, 아크 안정성과, 용접부의 미세 관찰(micro-observation)에 의해 용접부에 용접 결함이 발생하고 있는지 유무에 따라 평가되었다. 아크 안정성은 용접 작업중의 아크를 육안 평가하여 다음과 같이 평가했다. 아크 안정성은 아크가 변함없이 경우를 ○로 평가했다. 아크가 부분적으로 불안정한 경우를 △로 평가했다. 아크가 계속 불안정한 경우를 ×로 평가했다. 용접 결함은 다음과 같이 평가했다. 용접 결함은 기공이나 용접 결함이 전혀 없는 경우를 ○로 평가했다. 용접 결함이라 말할 수 없지만 접합부의 인성을 약간 저하시킨다고 예측될 수 있는 기공이 약간 발생된 경우를 △로 평가했다. 용접 결함이라 말할 수 있는 기공이 다수 발생된 경우를 ×로 평가했다. 이들 결과도 표 4 및 표 5에 나타낸다.
표 4 및 표 5로부터 명확한 바와 같이, 발명예 1 내지 24에서는, 와이어 인발 공정에 있어서, 이황화 몰리브덴 등의 유황계 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 사용하여, 제품 직경까지의 와이어 인발 단계를 모두 WC-Co계 초경재료제의 롤러 다이스에 의해 실행하고, 인발된 와이어로부터 윤활제를 물리적 수단에 의해 제거하고, 와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면에 도포하는 단계를 모두 밑 공정을 모두 인라인에서 실행했다. 각 예와에 있어서, 기본적으로 FCW가 양호한 공급성 및 용접성을 모두 갖고, 또한 2차 와이어 인발속도도 빠르다.
그러나, 본 발명의 바람직한 조건이나 조건 범위를 벗어나는 발명예는, 이러한 조건이나 조건 범위내의 발명예에 비하여, 각 FCW의 공급성 및 용접성, 또는 2차 와이어 인발 최고 속도에서 비교적 떨어진다.
띠강의 두께(t)와 폭(W)의 비(t/W)가 0.05로 비교적 작은 발명예 1은 와이어 인발의 가공에 견디는 강도를 유지할 수 없어, 단선하기 쉬워진다. 따라서, 발명예 1은 t/W가 0.06인 발명예 2에 비하여 최고 와이어 인발 속도가 비교적 작다. 이 때문에, 와이어 인발 시간이 길어지고, 와이어의 수분 함유량이 약간 많아진다. 발명예 1의 용접성 평가에서는 용접부의 기공 결함은 발생하지 않고 있다. 그러나, 이것의 수분 함유량의 증가 경향은, 전술한 바와 같이, 와이어 인발 공정의 분위기중의 수분량이 훨씬더 많을 경우에, 인발중의 와이어의 수분 흡착량이 용접 결함을 일으킬 정도로 증가할 가능성이 높아지는 것을 나타내고 있다. 또한, 와이어 공급성도 저하할 가능성이 있다.
한편, 반대로 띠강의 두께(t)에 대한 띠강의 폭(W)의 비(t/W)가 0.13인 발명예 4는, t/W가 0.12인 발명예 3에 비하여, 최고 와이어 인발속도가 대략 동일하지만, 와이어의 수분 함유량이 약간 많다. 이것은, 전술한 바와 같이, 와이어 인발공정중의 와이어 충전(내포) 플럭스의 분말화(미세화)가 과도하게 진행하여, 와이어의 흡습성이 증가했기 때문이라고 생각된다. 발명예 4의 용접성 평가에서는 용접부의 기공 결함은 발생하지 않고 있다. 그러나, 플럭스의 표면적이 더욱 증가하는 와이어 인발 조건이나, 와이어 인발 공정의 분위기중의 수분 함유량을 미량으로 제어하기 어려운 경우에, 인발중의 와이어(플럭스)의 수분 흡착량이 용접 결함을 일으킬 정도로 증가할 가능성이 높다.
2차 와이어 인발 단계 동안에 롤러 다이스의 가공량을 제어하고, 마무리 와이어 인발후의 와이어 표면 경도를 170Hv로 비교적 낮게 하여 준비된 발명예 6에서는, FCW의 강성이 저하하여 와이어 공급성이 저하한다. 한편, 와이어 인발시에 롤러 다이스의 감면율을 제어하고, 마무리 와이어 인발후의 와이어 표면 경도를240Hv로 비교적 높게 하여 준비된 발명예 7에서도, 와이어 공급성이 저하한다.
와이어 인발후의 잔류 와이어 인발 윤활제 부착량이 와이어 10kg당 0.5g으로 비교적 적은 발명예 8에서는, 윤활제 부착량이 비교적 많은 다른 발명예에 비하여, 2차 와이어 인발 최고 속도가 느려진다. 이 때문에, 2차 와이어 인발 최고 속도가 빠른 다른 발명예에 비하여, 와이어 전체의 수분 함유량이 약간 증가하고 있다. 그러나, 이 발명예의 용접성 평가에서는 용접부의 기공 결함은 발생하지 않고 있다. 수분 흡착량의 증가 경향은, FCW의 생산 환경에 따라, 특히 와이어 인발 공정의 분위기중의 수분 함유량을 미량으로 제어하기 더욱 어렵고, 와이어 인발 공정의 분위기중의 수분 함유량이 많은 경우에, 인발중의 와이어 수분 함유량이 용접 결함을 일으킬 정도로 증가할 가능성이 높은 것을 나타내고 있다.
반대로, 와이어 인발공정에 있어서의 윤활제 부착량이 와이어 10kg당 3.0g으로 비교적 많은 발명예 9에서는, 윤활제 부착량이 비교적 적은 다른 발명예에 비하여, 용접시의 아크 안정성이 비교적 떨어진다. 이것은, 인라인에서의 윤활제 제거 단계에 의해서도 아크 안정성에 영향을 미칠 정도의 윤활제량이 FCW 표면에 약간 잔류했기 때문이라고 생각된다.
2차 와이어 인발 단계에 있어서의 롤러 다이스(205, 206)의 와이어 인발로에서 와이어를 150℃ 내지 180℃의 온도로 일단 가열하여 유지하지 않은 발명예 10에서는, 각 와이어를 가열하여 유지한 다른 발명예에 비하여, 와이어의 수분 함유량이 약간 증가하고 있다. 이것은, 발명예 10이 다른 발명예와 2차 와이어 인발의 최고 와이어 인발 속도의 차이가 크지 않아, 와이어 인발 공정에 있어서의 와이어의 수분의 흡습성에 차이가 생겼기 때문이라고 생각된다. 또한, 발명예 10의 용접성 평가에서는 용접부의 기공 결함은 발생하지 않고 있다. 그러나, 수분 흡착량의 증가 경향은, 전술한 바와 같이, 와이어 인발 공정의 분위기중의 수분 함유량이 훨씬 많아졌을 경우에, 인발중의 와이어 수분 함유량이 용접 결함을 유발할 정도로 증가할 가능성이 높은 것을 나타내고 있다.
구멍 다이스(501)에 의한 마무리 와이어 인발을 실행하지 않은 발명예 11에서는, 와이어 공급성은 영향을 받지 않지만, 다른 조건이 동일한 발명예에 비하여, 와이어의 진원도 등의 형상 정밀도가 비교적 떨어진다. 이것은, 와이어 인발 속도가 빨라지는 경우 등, 와이어의 형상 정밀도를 위한 와이어 인발 조건이 보다 가혹해진 경우에, 와이어 공급성이 저하할 가능성이 높은 것을 나타내고 있다.
롤러 다이스의 일체형의 장방형 프레임체의 강성이 인장 시험에 의한 신장량에서 150㎛로 비교적 낮게 설정된 발명예 13에서는, 각 장방형 프레임체의 강성이 유사하게 낮게, 즉 신장량에서 160㎛로 낮게 설정되어, 다른 조건을 동일하게 하면서 장방형 프레임체의 강성을 보다 저하시킨 표 5의 비교예 25 내지 27보다는, 와이어 인발속도가 빠르다. 그러나, 장방형 프레임체의 강성이 보다 높은 다른 발명예보다 와이어 인발 속도가 늦어지고 있다. 이것은 다음과 같은 이유 때문이다. 와이어 인발 속도를 증가시킨 경우, 다이스에 진동이 발생하였다. 그에 따라 와이어상의 타흔 발생을 방지하기 위해, 또는 형상 정밀도를 확보하기 위해, 와이어 인발 속도를 늦출 수밖에 없었기 때문이다.
각 롤러 다이스의 일체형의 장방형 프레임체의 강성이 인장 시험에 의한 신장량에서 150㎛을 초과하여 낮게 설정된 표 5의 비교예 25 내지 27에서는, 와이어 인발속도를 빠르게 할 수 없고, 현저하게 느리다. 더욱이, 느린 인발 속도에서도, 와이어에 타흔이 발생하여, 형상 정밀도의 확보를 저해하고 있다. 이 때문에, 와이어 공급성도 낮아져, 용접 작업 자체를 실행할 수 없었다. 따라서, 용접성도 평가할 수 없었다.
한편, 롤러 다이스의 일체형의 장방형 프레임 유닛의 강성이 인장 시험에 의한 신장량에서 20㎛로 비교적 높게 설정된 발명예 12에서는, 와이어 인발 속도를 증가시킨 경우에, 롤러 다이스로의 부하가 높아진다. 그에 따라, 와이어 인발중에 롤러 다이스의 피로 강도가 저하하여, WC-Co계 초경공구제의 롤러 다이스의 표면이 거칠어진다. 이 때문에, 안정한 와이어 인발을 허용하는 와이어량을 확보하기 위해, 와이어 인발 속도를 비교적 늦게 할 수밖에 없었다. 이것은, 고강도의 용접용 솔리드 와이어의 롤러 다이스에 의한 고속 와이어 인발에 있어서의, 와이어 인발 장치의 일체형 프레임체의 강성인 프레임체의 신장량의 임계적인 의미를 나타내고 있다.
더욱이, 띠강 성분과 플럭스 성분의 조합을 변경하고, 또한 와이어 인발 윤활제의 종류를 표 3에 나타낸 A 내지 E내에서 다양하게 변경하고, 다른 와이어 인발 조건을 동일하게 한 발명예 14 내지 24에서는 모두 동일한 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.
이에 대하여, 유황계의 고압 윤활제를 함유하지 않는 표 3에 나타낸 F 및 G의 와이어 인발 윤활제를 사용한 비교예 28 내지 35에서는, 느린 와이어 인발 속도에서도, 다이스 진동 및 와이어상의 타흔이 발생되어, 와이어 인발 자체를 실행할 수 없었다.
또한, 본 발명의 유황계의 고압 윤활제를 포함하는 표 3에 A, B 및 D로 나타낸 여러가지의 와이어 인발 윤활제를 구멍 다이스에 의한 와이어 인발에 사용한 경우에도, 2차 와이어 인발에 구멍 다이스를 사용한 비교예 36 내지 39에 나타낸 바와 같이, 느린 와이어 인발 속도에서도, 다이스 진동 및 와이어상의 타흔이 발생되어, 와이어 인발 자체를 실행할 수 없었다.
따라서, 상기 결과는 다음과 같이 나타난다. 즉, 관형으로 성형된 와이어로부터 대략 제품 직경의 와이어까지의 와이어 인발 전체를 롤러 다이스에 의해 실행할 수 있고, 본 발명의 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 이용하는 한, 형상 정밀도 및 용접 특성을 확보하면서, 와이어 인발 속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 결과는, 시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 양호한 공급성과 낮은 수소 함유량 특성, 또는 와이어 인발 속도 등의 롤러 다이스 와이어 인발성에 대한, 본 발명의 요건 및 본 발명의 바람직한 요건의 의의를 나타내고 있다.
본 발명에 의하면, 양호한 공급성과 낮은 수소 함유량 특성을 겸비한 시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 인발성이 우수한 제조 방법을 제공할 수 있다. 특히, 와이어 인발 공정의 분위기 제어가 어렵고, 분위기중의 수분 함유량이 많은 경우에도, 인발중의 와이어(플럭스)의 수분 흡착량을 포함하여, 시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 수분 또는 수소 함유량을 저감할 수 있어, 용접 기공 결함을 방지하는 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 시임을 갖는 플러스 충전 용접용 와이어의 제조 방법의 공정 개략을 도시하는 설명도,
도 1b는 도 1a의 각 성형 단계에 있어서의 후프의 단면 형상을 도시하는 설명도,
도 2는 본 발명에서 사용하는 롤러 다이스 와이어 인발 장치의 일 실시예를 도시하는 정면도,
도 3은 도 2의 와이어 인발 장치의 롤러 다이스의 주요부의 확대 정면도,
도 4는 와이어 인발에서 사용하는 롤러 다이스 와이어 인발 장치 열을 도시하는 정면도,
도 5는 롤러 다이스 프레임체의 인장 시험기를 도시하는 정면도,
도 6은 와이어 공급 장치를 도시하는 정면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 띠강 102 : 세정 및 탈지 단계
103a, 103b : 윤활제 도포 단계 104a, 104b : 성형 롤러열(그룹)
105 : 플럭스 공급 장치 106 : 플럭스
107 : 와이어 108 : 윤활제 제거 수단
109 : 오일 도포 수단 110 : FCW
114 : 시임 115 : 윤활제 제거 수단
201 내지 206 : 롤러 다이스열(그룹)
401 내지 405 : 롤러 다이스열(그룹)
501 : 구멍 다이스

Claims (11)

  1. 띠강을 관형으로 성형하여 준비된 외피와, 이 외피 내부에 충전된 플럭스를 포함하는 시임을 갖는 플럭스 충전 와이어의 제조 방법에 있어서,
    띠강을 단면이 U자형으로 성형하는 단계로서, U자형으로 성형된 띠강을 플럭스로 충전하는, 상기 띠강 성형 단계와,
    플럭스로 충전되고 U자형으로 성형된 띠강을 관형으로 성형하는 단계와,
    관형으로 성형된 와이어를 윤활제를 사용하여 인발하는 단계와,
    인발된 와이어로부터 상기 윤활제를 물리적 수단에 의해 제거하는 단계와,
    와이어 공급용 윤활제를 와이어 표면상에 도포하는 단계를 포함하며,
    상기 각 단계를 인라인에서 실행하며,
    상기 와이어 인발 단계에 있어서, 유황계의 고압 윤활제를 함유하는 와이어 인발 윤활제를 사용하고, 관형으로 성형된 와이어로부터 제품 직경의 와이어까지의 와이어 인발 전체를 롤러 다이스에 의해 실행하는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관형으로 성형된 와이어로부터 제품 직경 직전의 직경을 갖는 와이어까지 롤러 다이스에 의해 와이어 인발을 실행하고, 계속해서 와이어 인발 최종단에서 구멍 다이스에 의해 마무리 와이어 인발을 실행하는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어 인발 윤활제는 이황화 몰리브덴을 함유하는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 대략 제품 직경까지 상기 인발후의 와이어에 구멍 다이스에 의한 마무리 와이어 인발을 실행하는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 인발후의 와이어 표면상의 와이어 인발 윤활제의 부착량이 인발후의 와이어 표면상의 유황량으로 환산하여 와이어 10kg당 0.1g 내지 0.6g의 범위내에 있도록 와이어 인발 윤활제를 사용하는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤러 다이스를 지지하는 프레임체에, 롤러 다이스의 와이어 인발 하중 방향으로 10000N의 인장 하중을 인가한 경우, 상기 롤러 다이스를 지지하는 프레임체는 프레임체의 신장량이 20㎛ 내지 150㎛의 범위인 높은 강성을 갖는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 띠강의 두께(t)에 대한 띠강의 폭(W)의 비(t/W)가 0.06 내지 0.12의 범위내에 있는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 인발후의 와이어의 표면은 비커스 경도 170Hv 내지 240Hv의 범위내의 경도를 갖는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어 인발 단계중 어느 단계에 있어서도, 와이어의 표면 온도가 90℃ 내지 250℃의 범위내에 있는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 성형 단계전에 띠강을 미리 세정 및 탈지하고, 띠강의 와이어 표면이 되는 면에만 상기 와이어 인발 윤활제를 도포하는
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 인발후의 와이어의 수분 함유량이 500ppm 이하인
    시임을 갖는 플럭스 충전 용접용 와이어의 제조 방법.
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